MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ VÀ KHÔNG ĐỒNG BỘ

www.WebTaiLieuFree.Com Phần IV MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Máy điện KĐB ngày sử dụng rộng rãi công nghiệp có nhiều ưu điểm cấu tạo so với loại máy điện khác Nên khảo sát cấu tạo, nguyên lý hoạt động Máy điện KĐB 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG MÁY ĐIỆN KĐB: Máy Điện KĐB loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay roto n (tốc độ máy) khác với tốc độ quay từ trường n1 Máy Điện KĐB có tính thuận nghịch: làm việc chế độ động chế độ máy phát 5.1.1 Phân loại - Theo kết cấu vỏ, chia làm loại: Kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu chống nổ, kiểu chống rung vv - Theo kết cấu rotor chia làm hai loại: Rotor dây quấn rotor lồng sóc - Theo số pha: m = 1, 2, 5.1.2 Kết cấu 5.1.2.1 Phần tónh hay stator: Gồm có vỏ máy, lõi sắt, dây quấn 5.1.2.1.1.Vỏ máy: Để cố định lõi sắt dây quấn không dùng làm mạch dẫn từ Thường làm gang hay thép hàn lại 5.1.2.1.2.Lõi sắt: Là phần dẫn từ, làm thép kỹ thuật điện dày 0,35mm hay 0,5mm ép lại Khi đường kính lõi thép Dn < 990mm dùng tròn ép lại Khi Dn > 990mm dùng hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn Mặt thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn 5.1.2.1.3 Dây quấn: Dây quấn stator đặt vào rãnh lõi thép cách điện tốt rãnh Hình 5.1 Stator máy điện không đồng Vỏ máy Lõi thép Dây quấn 5.1.2.2 Phần quay hay rôtor : Gồm lõi sắt dây quấn 5.1.2.2.1 Lõi sắt : Dùng thép kỹ thuật điện stator, lõi sắt ép lên trục quay, phía có xẻ rãnh đễ đặt dây quấn 5.1.2.2.2 Dây quấn: Có hai loại : FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Loại rotor kiểu dây quấn: Là rotor có dây quấn giống dây quấn sator Dây quấn pha rotor thường đấu hình sao, ba đầu nối vối ba vành trượt đặt cố định đầu trục thông qua chổi than đấu với mạch điện bên Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor nối ngắn mạch Hình 1.5 Hình 5.2 Rotor dây quấn động điện không đồng Loại rotor kiểu lồng sóc: Cấu tạo loại dây quấn khác với dây quấn stator Trong rãnh stator đặt vào dẫn đồng nhôm dài khỏi lõi sắt nối tắt hai đầu hai vành ngắn mạch đồng nhôm mà người ta thường quen gọi lồng sóc hình 5.3 Hình 5.3 Rotor lồng sóc động điện không đồng 5.1.2.3 Khe hở: Khe hở máy điện không đồng nhỏ (từ 0,2 đến mm máy điện cỡ nhỏ vừa), nhỏ tốt để hạn chế dòng từ hóa lấy từ lưới điện vào Kết cấu động điện không đồng rotor lồng sóc rotor dây quấn trình bày hình 5.4, hình 5.5 Hình 5.4 Động điện không đồng rotor lồng sóc Hình 5.5 Động điện không đồng rotor dây quấn 5.1.3 Các đại lượng định mức Máy điện không đồng có đại lượng định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật máy Các trị số nhà máy thiết kế, chế tạo qui định ghi nhãn máy Máy điện FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com không đồng chủ yếu làm việc chế độ động nên nhãn máy ghi trị số làm việc chế đôï động ứng với tải định mức - Công suất định mức đầu trục(công suất đầu ra) Pđm (kW, W) Hp, 1Cv = 736 W (theo tiêu chuẩn Pháp) ;1kw = 1,358 Cv 1Hp = 746W (theo tiêu chuẩn Anh) - Dòng điện dây định mức Iđm(A) - Điện áp dây định mức m(V) - Kiểu đấu hay tam giác - Tốc độ quay định mức nđm - Hiệu suất định mức  đm - Hệ số công suất định mức cos  đm Công suất định mức mà động điện tiêu thụ : P P1dm  dm  3U dm I dm cos  dm  dm Pdm  3U dm I dm cos dm  dm Mômen định mức đầu trục : P P ( w) M mm  dm  0,975 dm ( KGM )  9.81 n dm (v / p ) Thí dụ: Hình 5.6 Nhãn máy động điện không đồng rotor dây quấn Hình 3.6 nhãn máy động điện pha rotor dây quấn Các số liệu biểu thị: D / Y 220 / 380 V: Động hoạt động với điện áp nguồn 220 v động đấu D 380 V động đấu Y 42 / 24 A : Dòng điện định mức tương ứng với cách đấu D / Y 11 Kw : Công suất định mức động 1455 1/min: Tốc độ quay định mức động 50 Hz : Tần số định mức nguồn Lfr Y 250V : Dây quấn rotor đấu hình sao, điện áp rotor 250V 25 A: Dòng điện định mức rotor Là dòng điện chạy rotor nối ngắn mạch K, L, M tải động định mức Isol - KL.B: Cấp cách điện động IP 44 : Loại kiểu bảo vệ ghi kí hiệu ngắn, số thứ cấp bảo vệ chống vật lạ bên (cấp bảo vệ chống vật lạ bên f > 1mm), số thứ hai cấp bảo vệ chống nước (cấp chống tia nước từ hướng) FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com S3 = Chế độ làm việc (S3, S4, S5 chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại gián đoạn, thời gian làm việc nghỉ ngắn Thời gian nghỉ không đủ để động lạnh trở lại) 5.1.4 Công dụng máy điện không đồng Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động không đồng loại máy sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, động lực cho máy công cụ Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hàng ngày máy điện không đồng chiếm vị trí quan trọng: quạt gió, động tủ lạnh Tóm lại phạm vi ứng dụng máy điện không đồng ngày rộng rãi Tuy máy điện không đồng có nhược điểm sau: cosj máy thường không cao lắm, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng có phần bị hạn chế Câu hỏi: Công thức tính tốc độ đồng bộ? Các cách phân loại máy điện không đồng pha? Đặc điểm loại? Tại máy điện không đồng dùng rộng rãi nhất? Một động điện không đồng ba pha đấu Y, 380 V, 50Hz, nđm = 1440 vòng/phút Tham số sau : r1 = 0,2 ; r’2 = 0,25 ; x1 = ; x’2 = 0,95; xm = 40 ; bỏ qua rm Tính số đôi cực, tốc độ đồng bộ, hệ số trượt định mức, tần số dòng điện rotor lúc tải định mức Vẽ mạch điện thay hình T vào tính trị số thực tương đối dòng điện I1, I0 I’2 ĐS : p = 2; nđb = 1500 vòng/phút; sđm = 0,04; f2 = 2Hz; I1 = 33A; I0 = 5A; I’2 = 31,92A; 5.2 TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN KĐB: 5.2.1 Từ trường đập mạch dây quấn pha: Là từ trường có phương không đổi, song trị số chiều biến đổi theo thời gian, gọi từ trường đập mạch Gọi p số đôi cực, ta cấu tạo dây quấn để tạo từ trường một, hai p đôi cực Xét dây quấn pha đặt bốn rãnh stato Ta cấu tạo dây quấn tạo thành từ trường đôi cực p = 1, hai đôi cực p = 5.2.2 Từ trường quay dây quấn ba pha: 5.2.2.1 Sự tạo thành từ trường quay: Giả sử ba dây quấn có dòng điện ba pha đối xứng iA = Imaxsin t iB = Imaxsin ( t - 1200) iC = Imaxsin ( t - 2400) FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ BC B BB BTổng B A B BToång B A B BA BB BC BToång t = 900 t = 900+ 120 t = 900+ 240 Từ trường tổng dòng điện ba pha từ trường quay, móc vòng với hai dây quấn stato roto Do từ trường máy điện tham gia vào trình biến đổi lượng 5.2.2.2 Đặc điểm từ trường quay Tốc độ: phụ thuộc tần số dòng điện stato f số đôi cực n = 60f / p (vòng/ phút) Chiều quay: phụ thuộc thứ tự pha dòng điện Biên độ: Từ thông cực đại pha: m  max   p max , m: số pha 5.2.3 Từ trường quay dây quấn hai pha (m = 2) Hai dây quấn hai pha đặt lệch không gian 900 điện, hai dòng điện hai dây quấn lệch thời gian 900 Từ trường hai pha từ trường quay có tính chất có biên độ: m  max   p max =  p max 5.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Máy điện không đồng loại máy điện làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ Khi cho dòng điện ba pha vào dây quấn ba pha đặt lõi sắt stator máy sinh từ trường quay với tốc độ đồng n1 = 60f/p, f tần số lưới điện đưa vào f = 50 Hz, p số đôi cực máy Từ trường quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt lõi sắt rotor cảm ứng sức điện động dòng điện Từ thông dòng điện sinh hợp với từ thông stator tạo thành từ trường tổng khe hở Fd Dòng điện dây quấn rotor tác dụng với từ thông sinh mômen Tác dụng có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n rotor, với phạm vi tốc độ khác chế độ làm việc máy khác Để phạm vi tốc độ máy, người ta dùng hệ số trượt s Theo định nghóa hệ số trượt : FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE s%  www.WebTaiLieuFree.Com n1 - n 100 n1 Như : n = n1Þ s = ; n = Þ s = n > n1 Þ s < ; n < Þs > ( rotor quay ngược chiều từ trường quay) 5.3.1 Trường hợp rotor quay thuận với từ trường quay n < n1 ( < s < 1) Giả sử chiều quay n1 Fđ chiều quay n rotor hình vẽ Do n < n1 nên chiều chuyển động dẫn suy chiều ,Iư xác định qui tắc bàn tay phải Iư tác dụng với Fđ sinh F,M có chiều xác định qui tắc bàn tay trái, M làm rotor quay theo chiều từ trừơng với n n1 hay s < Dùng động sơ cấp quay rotor máy điện không đồng vượt tốc độ đồng n>n1 Chiều từ trường quay quét qua dẫn ngược lại, chiều , Iư đổi chiều nên chiều M ngược với chiều quay rotor nên momen hãm Máy biến thành điện Máy làm việc chế độ máy phát Hình 3.8 Chế độ máy phát điện máy điện không đồng 5.3.3.Trường hợp rotor quay ngược chiều từ trường quay (n < hay s > 1) Vì lý rotor quay ngựơc chiều với từ trường quay lúc chiều , Iư , máy giống chế độ động điện Vì M sinh ngược chiều với n nên có tác dụng hãm rotor lại Trong trường hợp máy vừa lấy điện lưới điện vừa lấy động sơ cấp Chế độ việc gọi chế độ hãm điện từ Hình 5.9 Chế độ hãm điện từ máy điện không đồng Tóm lại ta biểu thị chế độ làm việc theo s n sau: Chế độ n s Hãm điện từ -¥ n1 +¥ +¥ -¥ FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Động Máy phát Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Vì máy làm việc tốc độ n khác n1 từ trường quay nên ta gọi máy điện không đồng CHƯƠNG QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Ta coi máy điện không đồng máy biến áp mà dây quấn stator dây quấn sơ cấp, dây quấn rotor dây quấn thứ cấp, liên hệ sơ thứ thông qua từ trường quay (ở máy biến áp từ trường xoay chiều) Do dùng cách phân tích kiểu máy biến áp để thiết lập phương trình bản, mạch điện thay thế, đồ thị vectơ Ta xét đến tác dụng sóng không xét đến tác dụng sóng bậc cao ảnh hưởng chúng thứ yếu 6.1 Máy điện không đồng làm việc rotor đứng yên Mục đích chứng minh rotor đứng yên máy điện không đồng xem máy biến áp khác phần cấu tạo Còn phần chất vật lý Để nghiên cứu cách hợp lý ta bắt đầu nghiên cứu từ trạng thái làm việc giới hạn máy: không tải, ngắn mạch để phần sau mở rộng khái niệm máy điện không đồng máy biến áp trường hợp với rotor quay 6.1.1 Không tải máy điện không đồng n = (Rotor đứng yên) Hình 6.1 Từ thông stator rotor hở mạch Hình 6.2 Sơ đồ động điện không đồng rotor dây quấn có biến trở Ta giả thuyết rotor máy điện không đồng hở mạch (vị trí h 3.11) đứng yên stator đặt vào lưới điện có điện áp U1 , tần số f1 Trong trường hợp máy điện không đồng xem máy biến áp lúc không tải Dưới tác dụng điện áp U1 stator có dòng điện không tải I0, I0 F   , phần   m móc vòng với hai dây quấn máy, phần móc vòng với dây quấn stator Nếu máy có p đôi cực tốc độ n1 f1  m n1 = 60f1/p Từ thông  m sinh dây quấn stator rotor hai sức điện động E1 E2 xác định theo công thức: E1  2f1 w1 k dq1 m FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE (6-1) Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com E  2f w2 k dq  m Từ thông tản tạo nên dây quấn stator sức điện động tản E   j.I x1 x1 điện kháng tản dây quấn stator Ngoài dây quấn stator có điện trở tác dụng r1, kể đến có mặt hình thức điện áp rơi I0r1 Phương trình sức điện động sơ cấp máy điện không đồng dạng máy biến áp U   E  I z1 (6-2) Đồ thị không tải máy điện không đồng tương ứng nguyên tắc với đồ thị không tải máy biến áp Nhưng quan hệ lượng hai đồ thị có khác rõ rệt : Trong máy điện không đồng bộ: I  (20  50)%I dm Trong máy biến áp: I  (3  10)%I dm Điện áp rơi dây quấn máy điện không đồng không tải chiếm (2-5)% m máy biến áp thường không (0,1-0,4)% m Hệ số biến đổi sức điện động máy điện không đồng bộ: 2f1 w1 k dq1 m w1 k dq1 E (6-3) ke    E2 2f1 w2 k dq  m w2 k dq Trong máy điện không đồng máy biến áp dây quấn thứ cấp đưa dây quấn sơ cấp nghóa thay cuộn dây thứ cấp thật cuộn khác có số vòng dây, bước dây quấn số rãnh pha cực cuộn sơ cấp Sức điện động dây quấn thứ cấp qui đổi: E’2 = ke E2 = E1 (6-4) Khi rotor hở mạch đứng yên máy có tổn hao đồng stator m1 I2r1 tổn hao sắt stator, rotor: pfe1 + pfe2 Công suất P10 máy tiêu thụ từ lưới P10 = m0 I20 r1+ pfe1+ pfe2 Trong máy điện không đồng I0 r1 tương đối lớn nên tổn hao đồng pCu1 chiếm thành phần đáng kể P10 Đối với máy biến áp ta bỏ qua pCu1 lúc không tải 6.2 Ngắn mạch máy điện không đồng n = 0: Nếu dịch chuyển điểm tiếp xúc động biến trở mạch rotor từ vị trí sang vị trí (h3.11), có tình trạng ngắn mạch máy điện không đồng Về chất vật lý ngắn mạch tương tự ngắn mạch máy biến áp Đặt điện áp U1 = (15 ¸ 25)% m vào dây quấn stator Trong dây quấn stator có I1 chạy với tần số f1, rotor có I2 chạy với tần số f2, n = f2 = f1 , I1, I2 sinh F1, F2 ta xét đến sóng điều hòa bậc một: F1  m1 w1k dq1 I1  p m w2kdq F2  I2  p FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE (6-5) Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com F1 , F2 quay với tốc độ n1 = 60f1/p tác dụng với sinh sức từ động tổng khe hở F0 F1 + F2 = F0 F1 = F0+ (-F2 ) (6-6) Giống cách phân tích máy biến áp, coi dòng điện stato I1 gồm thành phần : I  F0  m1 w1kdq1 I0  p  I 2'   F2'  m1 w1kdq1 ' I2  p Như vậy, ta có : I  I  ( I ' ) so sánh sức điện động F2 dòng điện I2 rotor thành phần dòng điện stato sinh ra, ta có : m1 w1kdq1 ' m2 w2 kdq I2  I2  p  p Từ tìm hệ số biến đổi dòng điện : m1w1kdq1 I ki  2'  I m2 w2 kdq Do dó dòng điện qui đổi rotor là: I '  ( 6-7 ) I2 KI Duøng hệ số biến đổi sức điện động dòng điện (6-3),(6-7) xác định điện trở điện kháng qui đổi r’ x ’ rotor 2 Khi qui đổi r2’ xuất phát từ tổn hao đồng dây quấn rotor không phụ thuộc vào qui đổi : m2I22r2 = m1I’22r’2 m r2'  m1  w1kdq1 m1w1kdq1 w2 kdq m2 w2 kdq 2  I2  m  mw k   '  r2   dq1  r2 m1  m2 w2 kdq   I2  r2  ke ki r2  k.r2 ( 6-8 ) k = ke.ki hệ số qui đổi điện trở Khi qui đổi điện kháng đến x2 ta xuất phát từ góc  E2 I2 không phụ thuộc vào qui đổi: tg   x'2  x x 2'  ' r2 r2 ( 6-9 ) r2' x2  k.x2 r2 phương trình sức điện động sơ cấp máy điện không đồng lúc ngắn mạch viết hoàn toàn đối vớí máy biến áp: U   E1  I Z FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com  E  I Z ' ' ' (6-10) E2'  E1 I1 + I’2 = I0 -E1 = I0.Zm Ở Z1=r1+jx1 ; Z2’ =r2’+jx2’ Với E2’ = E1 I2’ = -I1 (vì F0 nhỏ = 0) giải phương trình đầu ta có : I1  U1 U  ' Z1  Z Z n Trong Zn = rn+jxn ; rn = r1 + r2’ ; xn = x1 + x2’ Đồ thị véc tơ mạch điện thay thế: Hình 6.12 Đồ thị véc tơ máy điện không đồng rotor đứng yên Hình 6.13 Mạch điện thay máy điện không đồng ngắn mạch 6.3.Máy điện không đồng làm việc rotor quay Trong trường hợp xem máy biến áp tổng hợp nghóa biến đổi điện áp dòng điện số pha mà có tần số dạng lượng Tóm lại viết phương trình sức điện động máy điện không đồng giải theo dòng điện, có nguyên tắc, giản đồ đẳng trị máy biến áp 6.4 Các phương trình bản: Máy điện không đồng làm việc dây quấn rotor thường nối ngắn mạch Nối dây quấn stator với nguồn pha dây quấn có I1 chạy , phương trình cân s.đ.đ dây quấn stator cũ: Fm U   E1 + I1( r1 + jx1) 60 f quay với tốc độ: n1 = p FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE (6.11) Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com m: Là số pha U, I: Là điện áp, dòng điện pha Đối với máy điện cực lồi rư = ta có: E  U cos (13.7) xd U sin  Iq  xq Id       đó: P  mUI cos   mUI cos(  )  mUI cos  cos   mUI sin  sin   mU(I cos  cos   I sin  sin )  mU(Iq cos   Id sin) Vì I cos   I q I sin   I d biểu thức Id Iq ta có: P  mU E0 U2 1 sin   m (  ) sin 2 xd xq xd (13.8) Trong hệ đơn vị tương đối tacó E*U * U *2 1 P*  sin  (  ) sin 2 xd * x q* x d * (13.9) Ta nhận thấy công suất điện từ gồm hai thành phần: Thành phần Pe  mU E0 sin  xd thành phần công suất máy phát Nó phụ thuộc vào điện lưới U kích từ s.đ.đ E0 U2 1 Thành phần thứ 2: Pư  m (  ) sin 2 thành phần công suất phụ thêm, không phụ xq xd thuộc vào kích từ xuất xd = xq Đối với máy cực ẩn xd = xq thành phần không Từ biểu thức (3-9) ta có: E P  mU sin  (13.10) xd Treân hình 13.5 vẽ quan hệ hai thành phần Pe Pu công suất tổng hợp P trường hợp máy phát điện cực lồi E0 = const vaø U = const FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Hình 13.5 Đặc tính góc công suất tác dụng máy phát điện đồng cực lồi 4.3.4.2 Đặc tính góc công suất phản kháng Công suất phản kháng máy điện đồng bộ: Q  mUI sin   mUI sin(   )  mU ( I sin  cos  I cos  sin  )  mU ( I d cos  I q sin  ) Sau thay trị số Id, Iq ta có Q mUE mU 1 mU 1 cos  (  ) cos 2  (  ) xd xq xd xd xq Vì có trị số dương âm, trị số Q theo công thức không đổi nên đặc tính góc công suất phản kháng máy phát điện động điện đồng giống có dạng hình 3.6 Hình 13.6 Đặc tính góc công suất phản kháng máy phát điện đồng cực lồi Chương14 Máy phát điện đồng làm việc song song 14.1.Những khái niệm chung Hiện trạm phát điện thường có vài máy điện mắc song song Điều giải thích sau: Một mặt đồâ thị phụ tải dao động nhiều thời gian ngày đêm thời gian khác năm, dùng máy phát điện với công suất đặt lớn làm việc với phụ tải nhỏ hiệu suất động sơ cấp giảm FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com thaáp Mặt khác trạm phát điện thường có công suất lớn chế tạo máy phát có công suất lớn Để nâng cao tính bảo đảm an toàn, liên tục cung cấp điện cho trung tâm công nghiệp lớn thường người ta sử dụng vài trạm phát điện nối với lưới điện chung Điều có nhiều ưu điểm: - Các trạm phát điện giảm thiết bị dự trữ để phòng hư hỏng sửa chữa - Có thể phâm phối hợp lí phụ tải.Trạm phát điện nhằmmục đích nâng cao tiệu kinh tế 14.2.Ghép song song máy phát điện đồng 4.4.2.1 Điều kiện làm việc song song Khi ghép máy phát điện đồng làm việc song song hệ thống điện lực với máy phát điện đồng khác, để tránh dòng điện xung Mđt có trị số lớn gây cố hỏng máy thiết bị khác hệ thống phải đảm bảo điều kiện sau: - Điện áp máy phát phải trùng pha với điện áp lưới (cực tính máy phát phải cần ghép song song phải giống cực tính lưới ):UF = UL - Tần số hệ thống ghép vào phải (quay tốc độ n ): fF = fL - Đối với máy phát điện ba pha cần thêm điều kiện thứ 3: Cùng thứ tự pha Khi ghép song song việc điều chỉnh điện áp UF máy phát điện thực cách thay đổi dòng điện kích thích máy Tần số fF máy điều chỉnh cách thay đổi momen tốc độ quay động sơ cấp kéo máy phát Sự trùng pha điện áp máy phát điện lưới điện kiểm tra đèn, vôn mét không dụng cụ đo đồng thứ tự pha máy phát điện đồng thường kiểm tra lần sau lắp ráp máy hoà đồng vôùi lưới điện lần đầu Việc ghép song song máy phát điện vào hệ thống điện theo điều kiện gọi hòa đồng xác máy phát điện Trong số trường hợp dùng phương pháp hòa đồng không xác nghóa so sánh tần số, trị số góc pha điện áp máy phát điện cần ghép song song lướí điện, phương pháp gọi phương pháp tự đồng 14.2.2.Các phương pháp hòa đồng xác : Có thể dùng hòa đồng kiểu ánh sáng đèn hoà đồng kiểu điện từ (cột đồ ng bộ) 14.2.2.1.Hòa đồng kiểu ánh sáng: FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Hình14.1 Hoà đồng máy phát điện pha ánh sáng Ta hòa đồng kiểu ánh sáng hai phương pháp : phương pháp đèn tối ( máy phát điện II) phương pháp ánh sáng quay (máy phát điện III) 14.2.2.1.1 phương pháp đèn tối : Sơ đồ hòa đồng phương pháp đèn tối thể H14.1a h14-2 Quay máy phát hai đến n = n1 Điều chỉnh cho UFII = UL UFII trùng pha thứ tự pha với UL điện áp đặt đèn nên đèn tối Nếu tần số máy phát lưới không véc tơ điện áp lưới máy phát quay với tốc độ góc khác nhau, góc lệch pha a chúng thay đổi từ đến 180, điện áp đặt lên đèn thay đổi từ đến hai lần điện áp pha đèn sáng tối, sai khác điện áp máy phát lưới lớn đèn sáng tối nhanh: Khi fFII > fL đèn sáng tối chậm Khi đèn tối tương đối lâu (khoảng đến giây) người ta đóng máy phát điện vào lưới Để đóng máy xác người ta mắc thêm vôn mét không (có điểm không thang đo) Hình14.2 Đồ thị véc tơ điện áp pha lưới máy phát nối theo phương pháp đèn tối 14.2.2.1.2 phương pháp ánh sáng đèn quay : Ta nối đèn vị trí : (A – A2), (B – C2),(C-B2) (H14-1b) đồ thị véc tơ điện áp hình 14-3.Nếu vị trí h14-3 đèn tối mờ, đèn sáng nhiều, đèn sáng vừa Ở vị trí A  A2 đèn tắt đèn sáng kết hợp với vôn mét không đóng máy hòa đồng ’ Nếu n >n đèn sáng dần lên, đèn sáng nhiều lên đèn sáng yếu FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE ’ www.WebTaiLieuFree.Com Vaäy nếu: n >n ánh sáng quay từ 1-2-3 n' >n ánh sáng quay từ 1-3-2 ’ n = n đèn tắt Do nhìn chiều quay đèn biết cần phải tăng hay giảm tốc độ máy phát ghép với lưới để đến gần vận tốc đồng Chú ý: Nếu ta nối dây theo sơ đồ đèn tối mà kết đèn quay hay ngược lại nối theo đèn quay mà đèn sáng, tối chứng tỏ thứ tự pha m nối sai Lúc cần đổi thứ tự nối hai ba pha máy phát với mạng điện 14.2.2.2 Hoà đồng kiểu điện từ (dùng cột đồng bộ) Cột đồng dùng ba đồng hồ để kiểm tra điều kiện hoà đồng bộ: - Hai vôn mét để kiểm tra điện áp UL UF - Hai héc mét để kiểm tra tần số fL fF tần số kế kép có hai dãy phiến rung để đồng thời tần số fF fL - Một đồng kế tác động theo khác fL fF định hoà đồng Khi fL = fF kim quay chậm ( fL fF ) thời điểm đóng cầu dao lúc kim trùng với đường thẳng đứng hướng lên 14.2.3 Phương pháp tự đồng Thường sử dụng với máy phát điện công suất nhỏ, đóng vào lưới theo phương pháp tự đồng sau: Nối mạch kích từ qua điện trở để tránh dòng điện cảm ứng dây quấn rotor lớn, cầu dao D2 đóng phía điện trở Quay rotor đến gần tốc độ đồng bộ, đóng D1 để nối máy phát vào lưới điện chưa có kích từ, cuối đóng dây quấn kích từ vào nguồn kích từ, máy làm việc đồng Tuyệt đối không đóng stator máy phát điện vào lưới theo phương pháp tự đồng mạch kích từ hở mạch lúc cuộn dây kích từ cảm ứng s.đ.đ lớn làm hỏng cách điện Hình14.4 Phương pháp tự đồng Phương pháp tự đồng cho phép hoà đồng nhanh chóng cần xử lý khẩn cấp Tuy nhiên có khuyết điểm dòng điện đóng cầu dao lớn FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com 14.3 Điều chỉnh công suất tác dụng công suất phản kháng máy phát đồng Tải hộ dùng điện lưới điện thường thay đổi theo điều kiện sản xuất có trường hợp tải không thay đổi điều kiện vận hành lưới điện mà cần thiết phải thay đổi chế độ làm việc máy phát điện,do thực tế phải điều chỉnh công suất tác dụng P công suất phản kháng Q máy phát điện đồng Ta xét vấn đề hai trường hợp điển hình.Trường hợp thứ trường hợp máy phát điện làm việc hệ thống điện lực có công suất vô lớn với U,f = const, hay nói khác tổng công suất máy phát điện làm việc song song hệ thống lớn so với công suất máy phát điện xét, việc điều chỉnh P Q máy phát điện không làm thay đổi U,f hệ thống điện Trường hợp thứ hai trường hợp có hai vài máy phát điện công suất tương tự làm việc song song thay đổi chế độ làm việc máy làm thay đổi U,f chung máy phát điện 14.3.1.Điều chỉnh công suất tác dụng P máy phát điện đồng 14.3.1.1 Trường hợp máy phát điện làm việc hệ thống điện công suất vô lớn Ở trường hợp U f không đổi nên giữ dòng điện kích thích it không đổi E số theo biểu thức (13-8) P số góc  đường biểu diển có dạng biết hình 13 -5 Ở chế độ làm việc xác lập công suất tác dụng P máy ứng với góc  định phải cân với công suất trục làm quay máy phát điện Đường biểu diễn công suất động sơ cấp biểu thị bắng đường thẳng song song với trục ngang cắt đặc tính góc điểm A Như muốn điều chỉnh công suất tác dụng P máy phát phải thay đổi góc  ,nghóa dịch chuyển giao điểm A cách thay đổi công suất trục máy Công suất tác dụng cực đại Pm mà máy phát điện cung cấp cho hệ thống điện ứng với dP/dq = Áp dụng điều kiện biểu thức (13-9) máy phát đồng cực ẩn suy  m = 900 mEU và: Pm  (14-1) xd máy cực lồi, từ (13-7) suy góc  m xác định bởi: cos m  A  8B  A 4B Trong đó: A  mEU xd , B  mU ( 1  xq xd mEU mU 1 vaø Pm  sin  m  (  ) sin 2 m xd xq xd (14-2) Khi điều chỉnh công suất tác dụng cần máy phát điện đồng làm việc ổn định tónh <  <  m Để thấy rõ điều đó,giả thử máy làm việc giao điểm A ứng với  1<  m Nếu nguyên nhân công suất Pcơ động sơ cấp tăng lên thời gian ngắn, sau lại trở trị số ban đầu rotor máy phát điện quay nhanh FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Như góc  tăng thêm + D tương ứng công suất D P tăng thêm P Vì lúc công suất Pcơ trở trị số ban đầu nên P+ D P>Pcơ , kết rotor bị ghìm máy phát điện trở lại làm việc góc  ban đầu sau vài chu kỳ dao động Trái lại máy phát điện làm việc xác lập û  >  m , ví dụ điểm B hình 4-4 công suất thay đổi trên, góc  tăng thêm D làm cho P máy phát điện giảm, P1,7 muốn máy phải có tỉ số ngắn mạch K lớn, nghóa xđ phải nhỏ (hoặc khe hở lớn) Cần ý điều chỉnh công suất tác dụng P, thay đổi nên công suất phản kháng thay đổi theo 14.3.1.2 Trường hợp máy phát điện công suất tương tự làm việc song song Giả thử có hai máy phát điện công suất làm việc song song Ở trường hợp này, điều kiện tải lưới điện không đổi, tăng công tác dụng máy mà không giảm tương ứng công suất tác dụng máy tần số lưới điện thay đổi có cân vàkhiến cho hộ dùng điện phải làm việc điều kiện tần số khác định mức Vì vậy, FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com để giữ cho f = const tăng công suất tác dụng máy phải giảm công suất tác dụng máy Chính cách mà thay đổi phân phối công suất tác dụng hai máy 14.3.2 Điều chỉnh công suất phản kháng máy phát điện đồng Hình 14-5 điều chỉnh công suất phản kháng máy phát điện đồng Ta xét việc điều chỉnh công suất phản kháng máy phát điện đồng làm việc lưới điện vô lớn ( U,f = const) công suất tác dụng máy giữ không đổi Giả thử máy có cực ẩn để đơn giản, bỏ qua tổn hao dây quấn phần ứng (rư =0) Trong trường hợp đó, đồ thị vectơ sức điện động có dạng hình (4-5) Vì P= mUIcos   OA không đổi, với điều kiện U= const nên thay đổi Q, mút vectơ I nằm đường thẳng 1, thẳng góc với U Với trị số I có trị số cos  vẽ đồ thị véc tơ sức điện động tương ứng xác định độ lớn véc tơ E, từ suy dòng điện khích thích it P  mUE sin  xd cần thiết để sinh E cần ý  P1  const , U, xd không đổi nên P  E sin  OB  const mút vectơ E nằm đường thẳng thẳng góc với OB Kết qủa phân tích cho thấy rằng, muốn điều chỉnh công suất phản kháng Q phải thay đổi dòng điện khích thích it máy phát điện Thí dụ: Hai máy phát điện giống làm việc song song có điện trở phần ứng rư= 2.18 , điện kháng đồng xđb = 62 cung cấp điện cho tải 1830 kW với cos  = 0,83 (chậm sau) Điện áp đầu cực tải 13 800 V Điều chỉnh kích từ hai máy sau cho máy có dòng điện phản kháng 40 A Tính: a) Dòng điện máy phát điện b) Sức điện động E máy góc pha sức điện động Giải Dòng điện có trị số: I P 3Ucos  FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE  1380 x10 3x13800 0,83  92,3A Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com chậm sau điện áp góc   arccos0,83  330 biểu thị dạng phức số sau: I  93,3  330  76,8  j51,4 A Vì công suất tác dụng phân phối cho hai máy nên dòng điện tác dụng máy 76,8  38,4 A , dòng điện phản kháng máy A 40 A ,do đó: IA= 38,4-j40 IB= I IA= 38,4 -j11,4 A ứng dụng biểu thức (3-4) ta có: E A  U  I A ( rư +jxdb) = E A  A  Cũng vậy: 13800  (38,4  j 40)(2,18  j 62)  1072012,22 E B  U  I B ( rư +jxdb) = EB  B  903015,10 Góc lệch pha hai s.đ.đ đó: A  B  15,10  12,220  2,880 Câu hỏi: 1) Phân tích hậu xảy máy phát điện hòa đồng mà không thỏa mãn điều kiện ghép song song với lưới điện 2) Vì ghép song song máy phát điện vào lưới điện phương pháp tự đồng bộ, dây quấn kích thích phải nối tắt qua điện trở triệt từ ? 3) ổn định tónh gì? Về mặt máy điện cực lồi cực ẩn khác chổ nào? 4) Làm để điều chỉnh công suất tác dụng Pvà công suất phản kháng Q máy phát điện đồng Việc điều chỉnh P Q làm việc lưới điện công suất lớn làm việc lưới điện công suất nhỏ (thí dụ có hai máy phát điện công suất tương tự làm việc song song) khác nào? Bài tập Cho hai máy phát điện đồng nối Y hoàn toàn giống có xđb= 4,5làm việc song song Tải chung ,ở điện áp 13,2 kV 26000 kW ,hệ số công suất cos  =0,866,được phân cho hai máy Nếu thay đổi kích từ để phân phối lại công suất phản kháng sau cho hệ số công suất máy cos  1=1 lúc hệ số công suất cos  máy ? Tính E  mổi máy trường hợp Đáp số: cos  2= E1 = 9,78 V;  = 33,90 E2 = 10574 V;  = FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.Com Chương 15 Động máy bù đồng 15.1 Độâng 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 lónh vực truyền động điện Về ưu điểm, trước hết phải nói động điện đồng kích thích dòng điện chiều nên làm việc với cos  =1 không cần lấy công suất phản kháng từ lưới điện, kết qủa hệ số công suất lưới điện nâng cao, làm giảm điện áp rơi tổn hao công suất đøng dây Ngoài ưu điểm đó, động điện đồng chịu ảnh hûng thay đổi điện áp lưới điện mômen động điện đồng tỉ lệ với U mô men động không đồng tỉ lệ với U 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 hiẹu suất động không đồng động đồng có khe hở tương đối lớn khiến cho tổn hao sắt phụ nhỏ Nhược điềm 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 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 Pđm>200  300 kW, nên dùng động đồng nơi không cần thường xuyên mở máy điều chỉnh tốc độ Khi Pđm > 300 kW dùng động đồng với cos  đm= 0,9 Pđm > 1000 kW dùng động đồng với cos  đm= 0,8 có lợi dùng động không đồng Các quan hệ điện từ phương trình điện áp, đồ thị véc tơ, công suất mô men điện từ động điện đồng xét chương trước Ở đề cập đến vấn đề mở máy động điện đồng bộ, đặc tính chế độ làm việc 15.2 Các phương pháp mở máy động điện đồng bộ: 15.2.1 Mở máy theo phương pháp không đồng Các động đồng phần lớn mở máy theo phương pháp không đồng Thông thường động điện 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 tính toán để mở máy trực tiếp với điện áp lưới điện FanPage_Tài Liệu Đề Thi UTE Groups_Tài Liệu Đề Thi UTE www.WebTaiLieuFree.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 Ở lưới điện lớn cho phép mở máy trực tiếp với điện áp lưới động đồng công suất vài trăm có đến hàng nghìn kW.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 rotor 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 it= 0, dâyquấn kích thích nối tắt qua điện trở RT hình 15.1 Sau đóng cầu dao nối dây quấn stato với nguồn điện, tác dụng momen không đồng roto quay tăng tốc độ đến gần tốc đo äđồng n1 từ trường quay Trong giai đoạn nối dây quấn kích thích với điện trở RT có trị số 10  12 lần điện trở rt thân dây quấn kích từ cần thiết, để dây quấn 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 Cũng cần ý đem nối ngắn mạch dây quấn kích thích tạo thành mạch pha có điện trở nhỏ rotor sinh momen cản lớn khiến cho tốc độ quay rotor vượt qúa tốc độ tốc độ đồng Hiện tượng giải thích sau Dòng điện có tần số f2= s f1 dây quấn kích thíchbị nối ngắn mạch sinh từ trøng đập mạch Từ trøng phân tích thành hai từ trường quay thuận ngược với chiều quay rotor với tốc độ tương đối so với rotor n1  n n1 tốc độ từ trường quay stato n tốc độ rotor Từ trường quay thuận có tốc độ so với dây quấn phần tỉnh: nth= n+ (n1 - n)= n1 nghóa quay đồng với từ trường quay stato Tác dụng với trường quay stato tạo nên momen không đồng hổ trợ với momen không đồng dây quấn máy sinh có dạng đường hình 15.1 Từ trường quay ngược có tốc độ so với dây quấn phần tỉnh nng= n-( n1-n)= 2n-n1= 2n1(1-s)-n1= n1(1-2s) sinh dây quấn phần tỉnh dòng điện tần số: f  f1 (1  2s) Như 0,5