Giáo trình Kỹ thuật điện có kết cấu gồm 6 chương. Tiếp nối phần 1, phần 2 Giáo trình Kỹ thuật điện gồm nội dung chương 4 đến chương 6. Nội dung phần này trình bày về mạch điện ba pha, máy biến áp, động cơ điện. Giáo trình được biên soạn dành cho sinh viên hệ cao đẳng nghề Điện. Ngoài ra với những ai quan tâm đến nghề Điện thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích.
Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Chương Mch in ba pha Bài 4.1 khái niệm chung Đònh nghóa Hệ thống điện pha tập hợp ba hệ thống điện pha nối với tạo thành hệ thống lượng điện từ chung, sức điện động mạch có dạng hình sin, tần số, lệch pha phan ba chu kyứ Mỗi mạch điện thành phần hệ pha gọi pha S đ đ pha gọi s đ đ pha Hệ pha mà s đ đ pha có biên ®é b»ng gäi lµ hƯ s ® ® ba pha đối xứng hay cân Hệ s đ đ ba pha máy phát điện ba pha tạo Khoa §iƯn - §iƯn Tư 66 C§ NghỊ Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Nguyên lý máy phát điện ba pha Hệ thống điện ba pha đïc tạo từ máy phát điện đồng ba pha, hoạt động dựa nguyên lý cảm ứng điện từ a, Cấu tạo máy phát điện pha gồm hai phần: + Stator (phần tónh) Gồm ba cuộn dây giống (gọi cuộn dây pha) đặt lệch 120o rãnh lõi thép stator Các cuộn dây ba pha thường ký hiệu tương ứng AX, BY, CZ + Rotor (phần quay) Là hƯ thèng cùc tõ, thêng lµ nam châm ủieọn N-S cuộn dây để luyện từ cho nam châm Hệ thống cực từ chế tạo để có cường độ từ cảm phân bố mặt cực theo quy luật hình sin b, Nguyên lý hoạt động Khi rotor quay, từ trường quét qua cuộn dây pha, gây sức điện động hình sin có biên độ, tần số, lệch pha 120o Nếu chọn pha ban đầu sức điện động eA cuộn dây AX không ta có biểu thức sức điện động pha laứ: Hoặc biểu diễn dạng phức Khoa Điện - Điện Tử 67 Nguyên tắc cấu tạo Máy phát CĐ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thµnh Nam Đối với nguồn pha đối xứng ta có: eA + eB + eC = Hoặc dạng phức: Nếu nối riêng rẽ pha với tải ta hệ thống pha độc lập, hay hệ thống pha không liên hệ với Hệ thống sử dụng thực tế không kinh tế cần tới dây dẫn Thông thường pha nguồn nối với nhau, pha tải nối với có đường dây pha nối nguồn tải Có phương pháp nối mạch pha thường sử dụng công nghiệp nối hình (Y) nối hình tam giác (Δ) Khoa §iƯn - §iƯn Tư 68 C§ NghỊ Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Quy ước: Chiều dòng điện pha nguồn từ điểm cuối đến điểm đầu, pha phụ tải từ điểm đầu đến điểm cuối Điểm đầu điểm cuối pha nguồn phụ tải quy ước cách tùy tiện mà phải theo quy tắc định cho: + Đối với nguồn: sđđ pha đối xứng ( E A E B EC ) + §èi víi phơ tải: Dòng điện pha đối xứng ( I I I ) A B C Phụ tải pha đối xứng tổng trë c¸c pha b»ng nhau: ZA = ZB = ZC = Z Mạch ba pha đối xứng mạch ba pha có nguồn, phụ tải tổng trở đường dây đối xứng Ngược lại mạch pha không hội tụ đủ điều kiện gọi mạch pha không đối xứng ý nghĩa hệ ba pha Hệ thống điện pha có nhiều ưu điểm hẳn hệ thống điện pha Để truyền tải điện pha ta cần dùng dây dẫn, để truyền tải hệ thống pha cần dùng dây dẫn tiết kiệm vật liệu nối dây tiện lợi vaứ kinh teỏ hụn Hệ pha dễ dàng tạo từ trường quay, laứm cho vieọc cheỏ taùo ủoọng cụ ủieọn ủụn giaỷn kinh tế Caực ủoọng cụ coõng suất lớn phải dïng nguồn điện pha V× hệ pha dùng phổ biến công nghiệp điện lực Bài 4.2: PHệễNG PHAP NOI HèNH SAO Nguyên tắc nối Mỗi pha nguồn tải có điểm đầu điểm cuối Ta thường ký hiệu điểm đầu pha A,B,C, điểm cuối pha X,Y,Z Để nối hình người ta nối điểm cuối pha lại với tạo thành điểm trung tính Đối với nguồn, điểm cuối X, Y, Z cuộn dây máy phát điện nối lại với tạo thành điểm trung tính O Đối với tải, điểm cuối X’, Y’, Z’ nối lại với tạo thành điểm trung tính O’ Ba dây nối điểm đầu nguồn tải AA’, BB’, CC’ gọi dây pha D©y dÉn nèi ®iĨm trung tÝnh cđa ngn víi ®iĨm trung tính tải, gọi dây trung tính 00 Dây pha thực tế gọi dây lửa, dây trung tính dây nguội Mạch có dây pha A, B, C gọi mạch pha dây Nếu mạch có dây pha dây trung tính A, B, C, gọi mạch pha bốn dây Khoa Điện - Điện Tử 69 CĐ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam - Điểm trung tính ký hiệu N - Dòng điện cuộn dây pha gọi dòng điện pha ( IP ) - Dòng điện dây pha gọi dòng điện dây (Id ) - Dòng điện dây trung tính gọi dòng điện trung tính (I0 ) - Điện áp đầu cuộn dây pha gọi điện áp pha ( UP ).đó điện áp dây pha dây trung tinh - Điện áp dây pha gọi điện áp dây ( Ud ) A’ A IPA IdA UP Upn Io IPC Upt ZA 0’ ZB IPB B C Ud C’ ZC B’ IdB IdC Quan hệ đại lượng dây - pha a Quan hệ dòng điện dây Id dòng điện pha Ip Trong sơ đồ đấu ta có: - Dòng điện dây dòng điện pha: Id = IP b Quan heọ điện áp dây điện áp pha - Điện áp pha Up điện áp điểm đầu điểm cuối pha (hoặc dây pha dây trung tính) Khoa §iƯn - §iƯn Tư 70 C§ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam UpA = A - 0 = A =UA UpB = B - 0 = B =UB UpA = C - 0 = C =UC Điện áp dây Ud điện áp dây pha: Để vẽ đồ thò véc tơ điện áp dây, trước hết ta vẽ đồ thò véc tơ điện áp pha UA, UB, UC , sau dựa vào công thức ta dựng đồ thò véc tơ điện áp dây hình vÏ Ta có: – Về trò số, điện áp dây Ud lớn điện áp pha lµ lần Thật vậy, xét tam giác OAB từ đồ thò ta có: Dễ thấy rằng, điện áp pha đối xứng, điện áp dây đối xứng – Về pha, điện áp dây UAB, UBC, UCA lệch pha góc 1200 vượt trước điện áp pha tương ứng góc 300 Mạch ba pha phụ tải đấu có dây trung tính, trở kháng không đáng kể Giả sử tải pha có tổng trở ZA, ZB, ZC đấu thành hình sao, đặt vào nguồn điện áp pha đấu đối xứng Trở kháng dây nối nhỏ không đáng kể Vì điểm A -A’; B - B’ ; C - C’; O - đẳng Kết điện áp nguồn tải nhau: UA = UA; UB = U’B; UC = U’C Khoa §iƯn - §iƯn Tư 71 CĐ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Dòng điện pha là: IPA = UP UP ZA rA2 x A2 IPB = UP UP ZB rB2 xB2 IPC = UP UP ZC rC2 xC2 Góc lệch pha dòng áp: X X tgA RAA A cc tgA RCC IA IB IC B C X tgB RBB I0 Đèn Đ Tải pha U A I Hc A ; ZA U IB B ZB T¶i pha U IC C ZC ; áp dụng định luật Kirchooff cho điểm trung tÝnh, ta cã: I I I I A B C Nghĩa là: Dòng điện dây trung tính tổng ( số phức trị số tức thời) dòng điện pha Nếu dòng điện pha đối xứng tổng chúng không.(I0 = 0) Trong thực tế, nói chung dòng điện pha gần đối xứng nên dòng điện dây trung tính bé Vì dây trung tính thường dùng loại dây có tiết diện nhỏ so với dây pha Khoa Điện - Điện Tử 72 CĐ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Do tỉng trë cđa d©y trung tÝnh nhá cã thể bỏ qua, hai điểm 0, đẳng thế, nên điện áp pha nguồn đối xứng, điện áp tải đối xứng Kể tải pha không đối xứng Tuy nhiên, tải pha không đối xứng mà dây trung tính bị đứt, hai điểm không đẳng thế, điện áp ba pha tải đối xứng Phụ tải mắc vào mạch điện chia làm loại Loại thứ loại tải pha đèn sợi đốt, dụng cụ đốt nóng, động pha Loại không cần đảm bảo điều kiện pha cân Tuy nhiên, bố trí mạch điện, cần phân tải pha pha, nhằm đảm bảo dòng điện pha tương đối cân Loại tải pha thường mắc vào điện áp pha ( dây pha dây trung tính ) Điện áp định mức tải phải điện áp pha mạng điện Loại thứ hai loại tải pha, động pha, lò điện phaLoại phải đảm bảo tổng trở pha đối xứng, dòng điện không cần dùng dây trung tính, cần dây pha nối với pha mạng Điện áp dây định mức tải phải điện áp dây mạng Bài tập ví dụ 1: Máy phát điện pha đấu có dây trung tính, điện áp pha Up = 240 V, mắc vào tải bóng đèn Có trở kháng pha lµ ZA = rA = 20 ; ZB = rB = 8 ; ZC = rC = 50 §iƯn trở dây nối bỏ qua Xác định dòng điện dây pha dây trung tính Giải: Lấy véc tơ U A làm gốc, tức U A = Up = 240 V Tõ ®ã: U B U Ae j120 240(cos1200 j sin1200 ) (120 j 208)V U C U Ae j120 240(cos1200 j sin1200 ) (120 j 208)V Dòng điện pha, dòng điện d©y U 240 IA A 12 A; I A 12 A ZA 20 U 120 j 208 IB B ( 15 j 26 ) A ZB VËy IB = 152 262 30 A U 120 j 208 IC C ( 2, j 4,16 ) A ZC 50 VËy IC = 2,42 4,162 4,8 A Khoa Điện - Điện Tử 73 CĐ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Dòng điện d©y trung tÝnh: I0 IA IB IC 12 15 j 26 j 2,4 j 4,16 (5,4 j 21,6) A I0 5,4 21,62 22 A Mạch pha, tải đấu đối xứng Phụ tải pha có thành phần trở kháng giống gọi phụ tải đối xứng: rA = rB = rC = r x A = x B = xC = x Suy ZA = ZB = ZC = Z Nếu pha đấu đặt vào hệ điện áp pha đối xứng, ta có mạch pha ®èi xøng ®Êu Dßng ®iƯn pha còng ®èi xøng: IPA = IPB = IPC = IP = UP U = P Z r x Gãc lÖch pha dòng điện điện áp pha còng b»ng A = B = C = víi tg = x r Khi tải đối xứng: Vậy : mạch pha đấu đối xứng , dòng điện dây trung tính không, mạch phụ tải đối xứng, động pha, lò điện pha người ta bỏ dây trung tính đi, ta có mạch pha dây IA IB 60 0 1200 IB IC Đồ thị véc tơ dòng điện pha đối xứng Khoa Điện - Điện Tử 74 CĐ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Khi mạch pha đối xứng, việc tính toán mạch pha sÏ tÝnh theo pha, råi suy kÕt qu¶ cho pha Bài tập ví dụ 2: Động pha, cuộn dây pha trạng thái làm việc ổn định, có điện trở , cảm kháng , đấu thành hình sao, đặt vào nguồn điện ¸p pha ®èi xøng, Ud = 380 V X¸c định dòng điện qua cuộn dây pha, điện áp đặt vào cuộn dây, hệ số công suất pha Đáp số: UP = 220 V, IP = 22 A, cos = 0,8 Bµi 4.3 PHƯƠNG PHÁP NOI HèNH TAM GIAC Đại cương cách đấu tam giác Cuộn dây máy phát điện phụ tải pha nối theo hình tam giác Cách đấu sau: Đấu cuối cuộn AX với đầu cuộn BY Đấu cuối cuộn BY với đầu cuộn CZ Đấu cuối cuộn CZ với đầu cuộn AX Tức đấu X với B, đấu Y với C, đấu Z với A Như pha tạo thành mạch vòng tam giác kín, ba đỉnh tam giác nối với ba dây dẫn, gọi dây pha Cách nối tam giác dây trung tính Nếu hệ s đ đ ba pha máy phát hoàn toàn đối xứng có dạng hình sin tổng s đ đ mạch vòng tam giác b»ng kh«ng e = eA + eB + eC = Khoa §iƯn - §iƯn Tư 75 C§ NghỊ Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Loaùi động gọi động không đồng rotor dây quấn ký hiệu hình vÏ Giữa phần tónh phần quay khe hở không khí có kích thước từ 0,35÷1,5mm Mạch từ động khép kín tửứ stator sang rotor qua khe hụỷ Động lồng sóc loại phổ biến giá thành rẻ làm việc bảo đảm động rôto dây quấn có ưu điểm mở máy điều chỉnh tốc độ song giá thành đắt vận hành tin cậy động lồng sóc, nên dùng động lồng sóc không đáp ứng yêu cầu truyền động Nguyên lý làm việc máy điện không đồng a Nguyeõn lyự laứm vieọc động không đồng ba pha Khi cho dòng điện pha tần số f1 vào cuộn dây quấn stator, tạo từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ: Từ trường quay cắt dẫn rôtor sinh dây quấn rôtor s.đ.đ cảm ứng Vì dẫn rôtor nối ngắn mạch nên s.đ.đ cảm ứng sinh dòng điện dẫn rôtor Dòng điện đặt từ trường quay nên chòu tác dụng lực từ làm rôtor quay chiều từ trường với tốc độ n n1 Lúc chiều dòng điện I2 rôtor ngược lại với chế độ động cơ, lực điện từ đổi chiều tác động lên rôtor gây mômen hãm cân với mômen quay động sơ cấp (hình 3-9, b) Máy điện làm việc chế độ máy phát Hệ số trượt lúc là: Khoa §iƯn - §iƯn Tư 103 C§ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Nhờ từ trường quay, động sơ cấp đưa vào biến thành điện stator Để tạo từ trường quay, lưới điện phải cung cấp cho máy phát không đồng công suất phản kháng Q, làm giảm hệ số công suất cosϕ lưới điện Khi máy làm việc riêng lẻ, ta phải dùng tụ điện nối đầu cực máy để kích từ cho máy Đó nhược điểm máy phát không đồng bộ, sử dụng thực tế Bµi 6.2 MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Đònh nghóa Máy điện đồng máy điện xoay chiều có tốc độ quay n rôtor không đổi tốc độ quay từ trường, xác đònh theo số cặp cực p vaứ tan soỏ f cuỷa doứng ủieọn: Máy điện đồng bé cã hai d©y quÊn : D©y quÊn stato nèi với lưới điện có tần số f không đổi, dây quấn rôtor kích thích dòng điện chiều chế độ xác lập máy điện đồng có tốc độ quay rôtor không đổi tải thay đổi Công dụng Theo nguyeõn lyự thuaọn nghũch, máy điện đồng vận hành theo chế độ máy phát điện chế độ động Máy điện đồng chủ yếu sử dụng để làm máy phát điện Hiện nay, tuyệt đại phận điện sử dụng công nghiệp đời sống lượng điện từ máy phát điện đồng cung cấp động sơ cấp tuýc bin hơi, tuýc bin khí tuýc bin nước Trong truyền động điện công suất lớn từ vài trăm kW trở lên người ta sử dụng động điện không đồng Trong công nghiệp luyện kim, khai khoáng, thiết bò lạnh động đồng sử dụng để truyền động máy bơm, nén khí, quát gió, … với tốc độ không đổi Các động đồng công suất nhỏ sử dụng đồng hồ điện, thiết bò tự ghi, thiết bò lập trình, v.v… Trong hệ thống điện, máy điện đồng dùng làm máy phát công suất phản kháng để bù nâng cao hệ số công suất cho lưới điện Khoa §iƯn - §iƯn Tư 104 C§ NghỊ Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam 3.Cấu tạo máy điện đồng Maựy phaựt ủieọn ủong cấu tạo từ phận phần cảm, phần ứng phần kích từ a.Phần cảm Thường đặt rotor máy điện, rotor có hệ thống dây quấn có dòng điện chiều chạy qua để tạo thành nam châm điện.Từ thông phần cảm sinh phải đủ mạnh ổn đònh Số cực từ phần cảm quy đònh tốc độ quay rotor tần số dòng điện Với dòng điện công nghiệp tần số 50Hz, ta thấy: p = (2 cực) → n = 3000 vg/ph p = ( cực) → n = 1500 vg/ph p = (6 cực) → n = 1000 vg/ph v.v… Với máy phát cực (p = 1) tốc độ cao, rotor phải làm dạng cực ẩn, lõi thép rotor có xẻ rãnh để đặt dây quấn (hình 4-1, a) Phần cảm máy phát điện đồng Các máy phát điện đồng nhiều cực (p > 2) có tốc độ quay thấp thường làm dạng cực lồi Mỗi cực lõi thép chế tạo có hình dạng Khoa §iƯn - §iƯn Tử 105 CĐ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật ®iƯn Ngun Thµnh Nam đặc trưng để đặt dây quấn cho từ trường tạo có phân bố đầu cực dạng hình sin b Phần ứng Phần ứng máy phát điện xoay chiều gồm cuộn dây đặt lệch 120 không gian cố đònh rãnh mạch từ stator Cấu tạo mạch từ cách bố trí cuộn dây tương tự máy điện không đồng (hình 4-2) Phần kích từ Có nhiệm vụ tạo dòng điện chiều cung cấp cho dây quấn phần cảm để tạo từ trường kích từ Mặt cắt ngang lõi thép máy điện đồng Phần lớn máy phát điện xoay chiều công suất lớn phần kích từ máy phát điện chiều đặt đồng trục với máy phát xoay chiều Dòng chiều từ máy kích từ qua chổi than tiếp xúc với vòng trượt đặt trục nối vào dây quấn phần cảm Toàn cấu tạo máy phát điện đồng rôtor cực lồi vẽ hình Khoa §iƯn - §iƯn Tư 106 C§ NghỊ Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Các phận máy phát điện rôtor cực lồi - Thân máy, - Lõi thép stator, - Cuộn dây stator, - Rôtor, - Quạt gió, - Đầu dây ra, - Chổi than, - Máy kích từ Nguyªn lý làm việc máy phát điện đồng Treõn hỡnh minh họa sơ đồ nguyên tắc làm việc tổ hợp máy phát điện đồng Sơ đồ nguyên tắc làm việc máy phát điện Tổ hợp máy: động sơ cấp, máy phát kích từ rô to máy phát nối đồng trục với Động sơ cấp dùng để quay máy phát điện nguồn kích từ Ở nhà máy thủy điện động sơ cấp tuýcbin nước, nhà máy nhiệt điện tuýcbin Động sơ cấp động điêzen tuýcbin khí Khoa §iƯn - §iƯn Tư 107 C§ NghỊ Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Nguon kích từ thường máy phát điện chiều cung cấp dòng chiều cho cuộn dây kích từ máy phát Đối với máy phát công suất nhỏ nguồn kích từ chỉnh lưu lấy dòng xoay chiều từ phần ứng qua chỉnh lưu bán dẫn để cấp dòng cho cuộn dây phần cảm Các máy phát loại gọi máy phát xoay chiều tự kích Khi động sơ cấp quay rôtor, cuộn kích từ phần cảm có dòng chiều biến thành nam châm điện quay với tốc độ n Từ trường rôtor quét qua dây quấn phần ứng stator cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin Nếu phần cảm có p cặp cực, tốc độ quay rôtor n dòng cảm ứng có tần số: Tương tự máy điện không đồng bộ, s.đ.đ cảm ứng pha dây quấn có trò hiệu dụng: Trong Φo từ thông cực từ, W số vòng dây pha, kdq hệ số dây quấn Nếu máy phát điện đồng máy pha, dây quấn phần ứng có sức điện động pha Khi máy phát mang tải, dòng điện pha dây quấn phần ứng sinh từ trường quay với tốc độ: Ta thấy tốc độ từ trường quay n1 tốc độ quay rotor n Do máy phát gọi máy phát động Phản ứng phần ứng máy phát điện đồng bé Khi máy phát điện làm việc, rotor quay làm cho từ trường kích từ Φ0 phần cảm cắt dây quấn stator tạo pha dây quấn stator s.đ.đ cảm ứng E0 Dây quấn stator nối với tải cung cấp dòng tải I lại tạo từ trường phần ứng Φ Từ thông phần ứng Φ quay đồng với từ thông phần cảm Φo Tác dụng từ trường phần ứng Φ lên từ trường cực từ phần cảm Φo gọi phản ứng phần ứng Trong trường hợp Φo có phương trùng với trục rôtor, có chiều từ cực bắc N Sức điện động E0 chậm pha so với Φ0 góc 900, từ thông phần ứng Φ dòng điện tải I sinh pha với I Như góc lệch pha E0 I phụ thuộc vào tính chất phụ tải Khoa §iƯn - §iƯn Tư CĐ Nghề Nam Định 108 Giáo trình Kỹ thuật điện Ngun Thµnh Nam Trường hợp tải trở E0 I pha, tác dụng Φ lên Φ0 trường hợp gọi phản ứng phần ứng ngang trục Phản ứng làm méo dạng từ trường Φ0 làm cho phân bố từ trường Φ0 khe không dạng sin Trường hợp tải cảm, I chậm pha sau E0 góc 900 Lúc Φ pha với I ngược chiều với Φ0 Tác dụng Φ lên Φ0 gọi phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm giảm từ trường tổng Trường hợp tải điện dung, I vượt trước E0 góc 900 Lúc Φ pha với I Φ0 Tác dụng Φ lên Φ0 trường hợp gọi phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ Phản ứng làm tăng từ trường tổng Trong trường hợp tải bất kỳ, dòng I lệch pha so với E0 góc ψ Ta phân tích I thành hai thành phần: - Thành phần ngang trục Iq = I cos ψ tạo từ thông phần ứng ngang trục Φq vuông góc với Φ0 có tác dụng làm méo dạng từ thông - Thành phần dọc trục Id = I sinψ tạo từ thông dọc trục Φd ngược chiều chiều với Φ0 tùy thuộc tính chất phụ tải điện cảm hay điện dung Khi phụ tải có tính điện cảm ψ > 0, Φd ngược chiều với Φ0 Khi phụ tải có tính điện dung ψ < 0, Φd chiều với Φ0 làm tăng từ trường máy điện Khoa Điện - Điện Tử 109 CĐ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Các đặc tính máy phát điện đồng a ẹaởc tớnh không tải Là đường biểu diễn quan hệ sức điện động E0 dòng điện kích từ Ikt giữ nguyên tốc độ rôtor Khi không tải điện áp hở mạch hai đầu pha U0 có giá trò sức điện động pha E0 Như đặc trưng không tải đường biểu diễn: Từ nguyên lý làm việc máy phát ta có E0 = 4,44 fWkdqΦ0 Khi n=const f không đổi, E0 ≡ Φ0 Φ0 phụ thuộc vào Ikt theo đường cong từ hóa máy phát Do đặc trưng không tải có dạng đường cong từ hóa (hình 4-6) Khi tăng Ikt giá trò E0 tăng lên Độ dốc đường đặc trưng phụ thuộc vào mạch từ máy phát Khi Ikt tăng đến giá trò mạch từ bò bão hòa lúc E0 không tăng H×nh 4-6 b Đặc tính máy phát Là phụ thuộc điện áp pha U với dòng điện tải tính chất phụ tải không đổi (cosϕt = const), tần số dòng kích từ không đổi (E0 =const) Từ phương trình điện áp ta vẽ đồ thò véc tơ máy phát ứng với loại tải khác Ta thấy tải tăng, với tải điện cảm điện trở, điện áp giảm (tải điện cảm điện áp giảm nhiều hơn), tải điện dung điện áp tăng Bằng đồ thò ta thấy điện áp máy phát phụ thuộc vào dòng điện đặc tính tải Hình 4-7, a đặc tính máy phát Ikt = const (E0 = const) cosϕt không đổi, ứng với tải R, L, C Khoa §iƯn - Điện Tử 110 CĐ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam ( Đặc tính máy phát điện đồng bộ) Khi taỷi coự tớnh ủieọn cảm, phản ứng phần ứng dọc trục khử từ làm từ thông tổng giảm, đặc tính dốc tải điện trở Để giữ cho điện áp U đònh mức, phải thay đổi E0 cách điều chỉnh dòng kích từ Đường đặc tính ứng với điều chỉnh kích từ cho I = Iđm có U = m vẽ hình Độ biến thiên điện áp đầu cực máy phát làm việc đònh mức so với không tải xác đònh sau: Độ biến thiên ΔU% máy phát đồng đạt đến vài chục phần trăm điện kháng đồng Xđb lớn c Đặc tính điều chỉnh máy phát Đặc tính điều chỉnh đường biểu diễn quan hệ dòng điện kích từ dòng tải điện áp U không đổi điện áp đònh mứcm tính chất phụ tải không đổi (cosϕt = const) Nói cách khác đặc trưng biểu diễn hàm số: Hình vẽ đặc tính điều chỉnh máy phát với hệ số công suất khác Khoa Điện - Điện Tử 111 CĐ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam ( Đặc tính điều chỉnh máy phát điện đồng bộ) Phan lớn máy phát điện đồng có tự động điều chỉnh dòng kích từ để giữ cho điện áp không đổi Bµi 6.3 ĐỘNG CƠ Vµ m¸y bï ĐỒNG BỘ Nguyên lý làm việc động điện đồng Máy điện đồng làm việc chế độ động cơ, nguyên lý làm việc động điện đồng sau: Dòng điện pha iA, iB, iC đưa vào dây quấn stator tạo từ trường quay với tốc độ n1 (vẽ đường chấm chấm hình 4-9, a): Hình a- Nguyên lý làm việc động ®iƯn ®ång bé b- S¬ ®å thay thÕ ®éng c¬ đồng c- Đồ thị véc tơ Khoa Điện - Điện Tử 112 CĐ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Doứng ủieọn kớch tửứ ủửa vào dây quấn rôtor biến rôtor thành nam châm điện NS Tác dụng từ trường stator từ trường rôtor tạo từ lực kéo rôtor quay với tốc độ đồng n = n1 Nếu f = 50Hz, p = tốc độ quay rôtor n = 1500 vg/ph Nếu nối trục rôtor với máy công cụ máy công cụ quay với tốc độ n không đổi Phương trình cân điện áp động cơ: Bỏ qua điện trở dây quấn stator Rư ta có: Phương trình trªn biểu diễn sơ đồ thay giản đồ véc tơ hình ( b, c) Điều chỉnh hệ số công suất động điện đồng Đồ thò véc tơ hình ( c) ứng với trường hợp cosϕ > 0, máy điện thiếu kích từ, dòng điện I chậm pha sau điện áp U Khi sử dụng không nên để động làm việc chế độ này, động tiêu thụ công suất phản kháng lưới điện làm cho hệ số công suất lưới điện giảm xuống Trong công nghiệp, người ta cho động làm việc chế độ ích từ, dòng I vượt trước pha điện áp U, động vừa tạo vừa phát công suất phản kháng vào lưới điện làm tăng hệ số công suất cosϕ Đó ưu điểm lớn động điện đồng Trên hình 4-10 giản đồ véc tơ mô tả điều chỉnh hệ số công suất ứng với trường hợp: Khi cosϕ =1 (ϕ = 0), ứng với Eo I Khi kích từ cosϕ = 0,9 (ϕ < 0), ứng với Eo’ I’ Vì U, f P không đổi, nên I cosϕ = const, Eo sinθ = const, veõ cần lưu ý cuối véc tơ I E o chạy đường Δ Δ’ Khoa §iƯn - §iƯn Tử 113 CĐ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Hình ( Điều chỉnh hệ số công suất động điện đồng bộ) Mụỷ máy động điện đồng Động không đồng tự mở máy Muốn động làm việc phải tạo mômen mở máy để quay rôtor đồng với từ trường quay stator Thật vậy, cho dòng pha vào dây quấn stator, dòng kích từ vào dây quấn rôtor, từ trường quay kéo rôtor quay (hình 8-12) Nhưng rôtor có quán tính lớn nên đứng yên, lực tác dụng tương hỗ từ trường quay stator từ trường cực từ đổi chiều, rôtor quay H×nh 4- 11 Mở máy động đồng ẹeồ taùo moõmen mụỷ máy, mặt cực từ rôtor người ta đặt dẫn nối ngắn mạch lồng sóc rôtor động không đồng (hình 4-11, b) Khi mở máy, nhờ có dây quấn mở máy rôtor động làm việc động không đồng Trong công nghiệp, động không đồng chế tạo có hệ số mở máy Mmở/ Mđm = 0,8 ÷1,0 Trong trình mở máy, dây quấn kích từ cảm ứng điện áp lớn, phá vỡ dây quấn kích từ, người ta khép kín mạch kích từ điện trở phóng điện có giá trò cỡ ÷ 10 lần điện trở dây quấn Khi rôtor đạt tốc độ quay gần tốc độ đồng n1 đóng nguồn điện chiều vào dây quấn kích từ, động làm việc đồng Với động công suất nhỏ, mở máy đóng trực tiếp dây quấn stator vào lưới điện Với động công suất lớn từ ÷ 5MW, phải hạn chế dòng mở máy cách giảm điện áp đặt vào stator cách dùng điện kháng tự biến áp nối vào mạch stator Nhược điểm động điện đồng trình mở máy cấu tạo phức tạp nên giá thành đắt so với động không đồng Khoa §iƯn - §iƯn Tư 114 C§ NghỊ Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Tài liệu tham khảo 1- Kỹ thuật điện đại cương, Hoàng Hữu Thận- Nhà xuất công nhân kỹ thuật 1980 2- Kỹ thuật điện PGS-TS Đặng Văn Đào (chủ biên)- PGS-TS Lê Văn Doanh Nhà xuất khoa học vµ kü tht- 2008 3- VËt lý líp 11 vµ 12 phổ thông Vũ Thanh Khiết, Phạm Quý Tư, Nguyễn Phúc Thuần, Nguyễn Đức Thâm Nhà xuất giáo dục 2005 4- Thiết kế cấp điện Ngô Hồng Quang Vũ Văn Tẩm Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2001 5- Kỹ thuật điện Nguyễn văn Tuệ Nhà xuất Đà Nẵng 2003 6- Kỹ thuật điện Trương Trí Ngộ Lê Nho Bội nhà xuất khoa học kỹ thuật 2001 7- Kỹ thuật điện Vương Song Hỷ Nhà xuất xây dựng Hà Nội-1996 8- Hoàng Hữu Thận Máy điện- Đo lường Khí cụ Nxb Công nhân kỹ thuật Khoa Điện - Điện Tử 115 CĐ Nghề Nam Định Giáo trình Kỹ thuật điện Nguyễn Thành Nam Mc lc Nội dung Trang Lời giới thiệu Chương 1: Các khái niệm mạch điện Chương Mạch điện chiều 26 Chương Dòng điện xoay chiều pha 41 Chương Mạch điện ba pha 67 Chương Máy biến áp 86 Chương Động điện 99 Khoa Điện - Điện Tử 116 CĐ Nghề Nam Định ... = 24 0 V Tõ ®ã: U B U Ae j 120 24 0(cos 120 0 j sin 120 0 ) ( 120 j 20 8)V U C U Ae j 120 24 0(cos 120 0 j sin 120 0 ) ( 120 j 20 8)V Dòng điện pha, dòng điện dây U 24 0 IA A 12. .. 12 A; I A 12 A ZA 20 U 120 j 20 8 IB B ( 15 j 26 ) A ZB VËy IB = 1 52 26 2 30 A U 120 j 20 8 IC C ( 2, j 4,16 ) A ZC 50 VËy IC = 2, 42 4,1 62 4,8 A Khoa... ( h×nh 2- 20 a ): U d1 Ud2 3U p1 3U p w1 w2 Hình 2- 20 Sơ đồ đấu dây máy biến áp Khi nối / ( hình 2- 20a ), sơ cấp U d 3U p1 thứ cÊp Ud2 = Up2 cho nªn : 3U p1 U d1 3w1 Ud2 U p2 w2 Khoa