ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN CHƯƠNG 3 đại học hàng hải

đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .

Tuấ n Chương 3: Máy điện đồng Câu1: Nêu khái niệm máy điện đồng ba pha Nêu thông số đặc trưng máy điện đồng ba pha Nêu khái niệm, phạm vi ứng dụng - Khái niệm: Máy phát điện đồng máy điện xoay chiều quay, nguyên lý làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ, có tốc độ quay rôto (n) luôn tốc độ từ trường quay máy (n1) - Phạm vi ứng dụng: Sử dụng công nghiệp tàu Máy điện đồng mang tính chất thuận nghịch, máy phát điện, động điện Phân loại theo: - Theo số pha: pha; hai pha; ba pha - Theo cơng suất: nhỏ; trung bình; lớn - Theo cấu tạo rôto: cực lồi; cực ẩn - Theo chức năng: máy phát; động cơ; máy bù đồng - Theo điểm công tác mạch từ: mạch từ bão hoà từ; chưa bão hoà từ - Theo động lai máy phát: Diesel- máy phát; tuốc bin (thủy lực, hơi) - máy phát Phân tích - Công suất định mức: S đm; Điện áp dây định mức: Uđm - Dòng điện dây định mức: Iđm; Tần số định mức: fđm - Hệ số công suất định mức: cosđm; Điện áp kích từ định mức: U ktđm - Dòng điện kích từ định mức: I ktđm; Hiệu suất định mức: ηđm - Nước sản xuất, năm sản xuất, kích thước, trọng lượng Giá trị cosđm muốn nói đến giới hạn dòng kích từ q trình khai thác máy, tức khai thác máy phát mà cos < cosđm, Ikt > Iktđm điều gây nguy hiểm cho cuộn dây kích từ máy phát Câu 2: Khái niệm phần cảm, phần ứng máy điện dồng Trình bày cấu tạo phần tĩnh (stato) máy điện đồng ba pha có phần cảm Khái niệm:  Phần cảm phần nhận lượng điện chiều để tạo từ trường chiều máy gọi từ trường kích từ, hay phần cảm nam châm vĩnh cửu nam châm điện  Phần ứng phần cảm ứng sức điện động xoay chiều phần đưa điện áp cấp cho tải bên ngồi Trình bày cấu tạo - Sơ đồ Tuấ n - H ×n h Cấu tạo Phần tĩnh gồm phận sau: vỏ máy, cực từ, dây quấn phận lại khác -  Vỏ máy làm thép đúc, chức mạch từ, nhiệm vụ dẫn từ, ngồi vỏ làm nhiệm vụ bảo vệ gá lắp cực từ nắp máy hai đầu máy  Cực từ chia làm phần thân cực làm thép đúc mặt cực làm thép KTĐ chúng làm thép KTĐ Cực từ có nhiệm vụ dẫn từ nơi để quấn cuộn dây kích vậy: Vỏ máy, cực từ dây quấn kích từ tạo thành phần cảm  Dây quấn kích từ dây đồng có bọc cách điện, quấn đồng tâm thân cực từ cách điện với lõi thép Dây quấn cực từ đấu nối tiếp với đưa hai đầu dây trụ đấu dây  Ngồi có phận chổi than, giá đỡ chổi than, nắp máy, trụ đấu dây đế máy Sơ đồ nguyên lý máy phát điện có kích từ H ×n h Câu 3: Khái niệm phần cảm, phần ứng máy điện dồng Trình bày cấu tạo phần động (roto) máy điện đồng ba pha có phần cảm Khái niệm:  Phần cảm phần nhận lượng điện chiều để tạo từ trường chiều máy gọi từ trường kích từ, hay phần cảm nam châm vĩnh cửu nam châm điện  Phần ứng phần cảm ứng sức điện động xoay chiều phần đưa điện áp cấp cho tải bên ngồi Trình bày cấu tạo: Tuấ n - Sơ đồ Cực lồi H ×n h - Cực ẩn H ×n h Cấu tạo Nếu máy cơng suất lớn rơto (phần quay) thường phần cảm có loại rôto cực lồi (cực hiện), rôto cực ẩn -  Rôto cực (a): Cực từ gồm thân cực chế tạo từ thép đúc mặt cực chế tạo từ thép kỹ thuật điện Trên mặt cực đục rãnh để đặt dây quấn dạng lồng sóc gọi cuộn dây ổn định máy phát, gọi cuộn dây quấn khởi động động  Rôto cực ẩn (b): Lõi thép rôto đục rãnh 2/3 chu vi mặt tạo nên phần lớn bé, phần lớn tạo thành mặt cực từ Rôto cực ẩn thường dùng cho máy đồng có tốc độ cao có độ bền chắn Số cặp cực thường nhỏ Sơ đồ nguyên lý máy phát điện kích từ H ×n h Tuấ n Câu 4: Trình bày nguyên lý làm việc máy phát điện đồng ba pha Vẽ sơ đồ Xét máy phát điện đồng pha loại công suất lớn có phần cảm rơto phần ứng stato, Cuộn dây pha phần ứng AX, BY, CZ đặt lệch 1200 A +I y + S n Z Ikt C + + n u N B X Trình bày - Nếu đưa dòng điện chiều vào phần cảm (rơto), rơto trở thành nam châm điện, đồng thời quay rơto động sơ cấp bên ngồi đạt đến vòng quay định mức Lúc rơto hình thành từ trường quay, quay với tốc độ n Từ trường quay rôto quét lên dây quấn phần ứng theo định luật cảm ứng điện từ dây quấn phần ứng xuất sức điện động cảm ứng xoay chiều thời điểm tức thời có chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải hình vẽ - Nếu máy phát điện đồng máy phát ba pha gồm ba cuộn dây pha phần ứng A-X, BY, C-Z đặt lệch 1200 pha có s.đ.đ là: eA = Em sin(t); eB = Em sin(t - 1200); eC = Em sin (t - 240o) Trong đó: giá trị hiệu dụng pha là: EP = 4,44.kdq.W.f.m ; W: số vòng dây quấn pha; kdq: Hệ số quấn dây nhỏ một; f: Tần số quét từ thông; m: Từ thông cực từ - Khi máy phát không mang tải thì: iA = 0; iB = 0; iC = 0; Khi máy phát có tải iA ≠ 0; iB ≠ 0; iC ≠ Hệ thống dòng điện pha tạo từ trường quay, quay với tốc độ n = 60.f/p (vòng/ph) Trong f tần số sđđ stato, p số cặp cực cuộn dây stato  Giả sử số cặp cực phần cảm p = quay với tốc độ n phút tần số quét từ thông f = p.n/60(Hz) tần số sđđ ba pha 60 f 60 pn  Do đó: n1 = = =n p p 60 Kết luận: Như máy điện có tốc độ từ trường quay máy luôn tốc độ quay rơto, hay từ trường kích từ Fkt từ trường phần ứng Fu quay tốc độ, máy điện gọi máy điện đồng (n1 = n) Tuấ n Câu 5: Trình bày phản ứng phần ứng máy phát điện đồng ba pha phụ tải trở Khái niệm Khái niệm: Phản ứng phần ứng tương tác từ trường phần ứng máy có tải lên từ trường kích từ Ảnh hưởng P.Ư.P.Ư làm tăng, giảm làm méo dạng từ trường  kt Ảnh hưởng P.Ư.P.Ư hồn tồn phụ thuộc vào tính chất tải máy phát Dựa vào trục hai từ trường phần ứng  hay sức từ động phần ứng Fư so với trục từ trường kích từ  kt hay sức từ động kích từ Fkt mà gọi phản ứng phần ứng thành dọc trục, ngang trục hỗn hợp Nếu từ trường phần ứng phương, chiều với từ trường kích từ gọi P.Ư.P.Ư dọc trục trợ từ Nếu từ trường phần ứng phương, ngược chiều với từ trường kích từ gọi P.Ư.P.Ư dọc trục khử từ Nếu từ trường phần ứng vng góc với từ trường kích từ gọi P.Ư.P.Ư ngang trục Nếu từ trường phần ứng từ trường kích từ hợp với góc gọi P.Ư.P.Ư hỗn hợp; nghĩa gồm thành phần: dọc trục ngang trục Vẽ sơ đồ - Khi tải trở dòng điện điện áp ( hay sức điện động) trùng pha Góc lệch pha II= - Ta có sơ đồ véc tơ : ta dựng véc tơ sức điện động pha lệch 1200, từ dựng véc tơ U (sức điện động)=I sức từ động F=wi véc tơ sức từ động kích từ Fkt có phương trình hình a q EA Fkt FA u q IA Fu q kt Fkt IB q d q Iu q F Fu q Fkt Eu q FB IC EC d E0 FC EB a) q b) d q d q c) Phân tích Giả sử roto máy phát nam châm điện có chiều véc tơ sức từ động Fkt thời điểm xét hình b.Nếu xét cho pha ,giả sử xét cho pha A véc tơ sức điện động E0 chậm pha so với từ trường kích từ góc 900 Do tải trở nên sinh dòng trùng pha Vì dòng điện vng pha với từ trường kích từ nên gọi dòng điện ngang Tuấ n trục, ký hiệu Iuq Dòng sinh sức từ động phần ứng ngang trục Fuq sức từ động sinh từ trường uq Kết luận: Phản ứng phần ứng máy phát điện đồng mang tải trở P.Ư.P.Ư ngang trục làm méo dạng từ trường kích từ Câu 6: Trình bày phản ứng phần ứng máy phát điện đồng ba pha phụ tải cảm Khái niệm Khái niệm: Phản ứng phần ứng tương tác từ trường phần ứng máy có tải lên từ trường kích từ Ảnh hưởng P.Ư.P.Ư làm tăng, giảm làm méo dạng từ trường  kt Ảnh hưởng P.Ư.P.Ư hồn tồn phụ thuộc vào tính chất tải máy phát Dựa vào trục hai từ trường phần ứng  hay sức từ động phần ứng Fư so với trục từ trường kích từ  kt hay sức từ động kích từ Fkt mà gọi phản ứng phần ứng thành dọc trục, ngang trục hỗn hợp Nếu từ trường phần ứng phương, chiều với từ trường kích từ gọi P.Ư.P.Ư dọc trục trợ từ Nếu từ trường phần ứng phương, ngược chiều với từ trường kích từ gọi P.Ư.P.Ư dọc trục khử từ Nếu từ trường phần ứng vng góc với từ trường kích từ gọi P.Ư.P.Ư ngang trục Nếu từ trường phần ứng từ trường kích từ hợp với góc gọi P.Ư.P.Ư hỗn hợp; nghĩa gồm thành phần: dọc trục ngang trục Vẽ sơ đồ Khi tải cảm điện áp ( hay sức điện động) sớm pha dòng điện góc Góc lệch pha II= Ta có sơ đồ véc tơ : ta dựng véc tơ sức điện động pha lệch 1200, từ dựng véc tơ U ( sức điện động ) sớm pha dòng điện I sức từ động F=wi trùng pha với dòng điện I véc tơ sức từ động kích từ Fkt có phương trình hình a EA q E0 d q d F Fu d q d q Fkt FC Fkt IC IA FA Iu d u d Fkt Fu d IB EC FB a) EB Eu d q b) d q c) Tuấ n Phân tích Giả sử roto máy phát nam châm điện có chiều véc tơ sức từ động Fkt thời điểm xét hình b.Nếu xét cho pha ,giả sử xét cho pha A véc tơ sức điện động E0 chậm pha so với từ trường kích từ góc 900 với Do tải cảm nên sinh dòng chậm pha 900 Vì dòng điện phương với từ trường kích từ nên gọi dòng điện dọc trục, ký hiệu Iuq Dòng sinh sức từ động phần ứng ngang trục Fuq sức từ động sinh từ trường Iuq.Vậy từ trường phần ứng phương, ngược chiều với từ trường kích từ Kết luận: Phản ứng phần ứng máy phát điện đồng mang tải cảm P.Ư.P.Ư dọc trục khử từ Ảnh hưởng P.Ư.P.Ư làm giảm giá trị từ trường kích từ Câu 7: Trình bày phản ứng phần ứng máy phát điện đồng ba pha phụ tải dung Khái niệm - Khái niệm: Phản ứng phần ứng tương tác từ trường phần ứng máy có tải lên từ trường kích từ - Ảnh hưởng P.Ư.P.Ư làm tăng, giảm làm méo dạng từ trường  kt Ảnh hưởng P.Ư.P.Ư hồn tồn phụ thuộc vào tính chất tải máy phát - Dựa vào trục hai từ trường phần ứng  hay sức từ động phần ứng Fư so với trục từ trường kích từ  kt hay sức từ động kích từ Fkt mà gọi phản ứng phần ứng thành dọc trục, ngang trục hỗn hợp - Nếu từ trường phần ứng phương, chiều với từ trường kích từ gọi P.Ư.P.Ư dọc trục trợ từ - Nếu từ trường phần ứng phương, ngược chiều với từ trường kích từ gọi P.Ư.P.Ư dọc trục khử từ - Nếu từ trường phần ứng vng góc với từ trường kích từ gọi P.Ư.P.Ư ngang trục - Nếu từ trường phần ứng từ trường kích từ hợp với góc gọi P.Ư.P.Ư hỗn hợp; nghĩa gồm thành phần: dọc trục ngang trục Vẽ sơ đồ - Khi tải dung điện áp ( hay sức điện động) trễ pha dòng điện góc Góc lệch pha II= - Ta có sơ đồ véc tơ : ta dựng véc tơ sức điện động pha lệch 1200, từ dựng véc tơ U (sức điện động ) trễ pha với Ivà sức từ động F=wi trùng pha với dòng điện I véc tơ sức từ động kích từ Fkt có phương trình hình a Tuấ n q EA E0 q d q d q F Fkt FB Fkt FA d Eu d IB IA Fkt IC EC FC Fu Fu d Iu d u d EB a) q b) d q c) Phân tích Giả sử roto máy phát nam châm điện có chiều véc tơ sức từ động Fkt thời điểm xét hình b.Nếu xét cho pha ,giả sử xét cho pha A véc tơ sức điện động E0 chậm pha so với từ trường kích từ góc 900 Do tải dung nên sinh dòng IA sớm pha 90 với Vì dòng điện phương với từ trường kích từ nên gọi dòng điện dọc trục, ký hiệu Iuq Dòng sinh sức từ động phần ứng ngang trục Fuq sức từ động sinh từ trường Iuq.Vậy từ trường phần ứng phương, ngược chiều với từ trường kích từ Kết luận: Phản ứng phần ứng máy phát điện đồng mang tải dung P.Ư.P.Ư dọc trục trợ từ Ảnh hưởng P.Ư.P.Ư làm tăng giá trị từ trường kích từ Câu 8: Dẫn dắt sơ đồ tương đương, phương trình vẽ đồ thị véc tơ máy phát đồng cực ẩn chưa bão hồ từ Phân tích q trình điện từ: Ở chế độ khơng tải: Dòng điện kích từ Ikt chạy cuộn dây kích từ phần cảm sinh sức từ động kích từ (Fkt) sinh từ thơng kích từ (kt), máy phát đạt đến tốc độ định mức cuộn dây phần ứng tồn suất điện động không tải E0(Ekt) Ở chế độ có tải: Khi đóng tải ba pha cho máy phát cuộn dây phần ứng tồn dòng điện tải tổng hợp lại có dòng điện phần ứng (Iư  0) Dòng điện phần ứng sinh q trình điện từ sau: + Dòng điện phần ứng (Iư) sinh sức từ động phần ứng (Fư) sinh từ thông phần ứng (ư) sinh suất điện động phần ứng (Eư); Với giả thiết máy phát chưa bão hòa coi từ thông phần ứng (ư) đặc trưng điện kháng mạch phần ứng (Xư) + Dòng điện phần ứng (Iư) sinh xung quanh cuộn dây phần ứng khép kín qua khơng khí từ thông tản (t) sinh suất điện động tản (Et); Vì từ trở khơng khí số coi từ thơng tản (t) đặc trưng điện kháng tản (Xt) + Dòng điện phần ứng (Iư) sinh sụt áp nội trở cuộn dây phần ứng (RIư) Sơ đồ tương đương: Tuấ n u - u Xu u Xt u u Phương trình dạng đầy đủ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ; đó: ̇ ̇ ̇ )̇ ( ̇ ̇ ̇ Đồ thị véc tơ Từ phương trình đồ thị véc tơ có dạng sau: Câu 9: Vẽ sơ đồ thí nghiệm thiết lập đặc tính Khơng tải đặc tính ngắn mạch máy phát đồng ba pha - Sơ đồ nguyên lý máy phát đồng ba pha T¶i W A V A V A W a + Tuấ n ĐẶC TÍNH KHƠNG TẢI - Khái niệm Đặc tính khơng tải mối quan hệ điện áp cực máy phát với dòng điện kích từ dòng tải khơng tố độ quay máy phát không đổi U0 = E0 = f (Ikt) khi: n = const; Iư = EP = 4,44.kdq.W.f.m = K kt - - Thiết lập  Dạng đặc tính khơng tải hai loại máy phát điện đồng cực lồi cực ẩn khác không nhiều Nếu n = const, sđđ máy phát: E = K kt  Mối quan hệ sđđ không tải tỷ lệ với dòng kích từ dạng E0 = f ( Ikt) dạng đường cong từ hoá lõi thép làm lên mạch từ  Khi thí nghiệm, cần ngắt cầu dao khống chế tải Để dễ dàng so sánh đặc tính máy phát với nhau, người ta xây dựng hệ trục toạ độ tương đối Lúc   I E E  ; I kt  kt I kt U dm Dạng đặc tính E0 Udm Ed Ikt0 Ikt 10 Tuấ n ĐẶC TÍNH NGẮN MẠCH - Khái niệm: Đặc tính ngắn mạch mối quan hệ dòng điện chạy cuộn dây phần ứng ngắn mạch với dòng điện kích từ mà tốc độ quay máy phát khơng đổi điện áp mạch phần ứng không: Ing = f ( Ikt) n = const; U =  Có hai dạng ngắn mạch: + Ngắn mạch cố: Xảy máy phát phát điện áp định mức mà đột ngột ngắn mạch đầu cuộn dây phần ứng, dòng phần ứng lớn cháy máy phát hỏng động sơ cấp lai máy phát + Ngắn mạch thí nghiệm: Khi thí nghiệm chủ động ngắn mạch đầu cuộn dây phần ứng điều chỉnh dòng kích từ cho dòng điện phần ứng khơng vược q giá trị định mức - Thiết lập  Nếu bỏ qua điện trở phần ứng(coi Rư = 0) ngắn mạch, mạch phần ứng coi mạch cảm phản ứng phần ứng dọc trục khử từ Nên Iq = I = Id  E0 + Eưd +Et = Hay : E0 = - Eưd - Et E0 = j Xưd Id + j Xt Id = j( Xưd + Xt ) Id = j( Xưd + Xt ) Ing = j Xd Ing I ng pha pha pha  Khi ngắn mạch, phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, nên mạch chưa bão hòa từ Ing = E0 K I kt   A.I kt Xd Xd I kt  Do mạch chưa bão hòa nên đồ thị có dạng đường thẳng.Khi Ing > Idm mạch từ bão từ quan hệ khơng phải đường thẳng  Khi ngắn mạch pha, pha , pha thì: Xư3 > Xư > Xư1 Dạng đặc tính Câu 10: Vẽ sơ đồ thí nghiệm thiết lập đặc tính tải đặc tính Điều chỉnh máy phát đồng ba pha.: - Vẽ sơ đồ 11 Tuấ n T¶i W A V A V A W a + ĐẶC TÍNH CĨ TẢI: - Khái niệm: Đặc tính tải quan hệ điện áp trụ đấu dây máy phát với dòng điện kích từ , tần số f=const ,dòng điện tải I = const, hện số cos  = const - Thiết lập  Tải cảm  = , dung  =  Khi khơng tải I = đặc tính = f ( ) Vì đặc tính khơng tải trừ (  >0) cộng vào ( 