Đồ án tốt nghiệp - Nhà máy điện Phả Lại P3

Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ 24 Chương 3 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ Tổng quan về động cơ đồng bộ. Động cơ đồng bộ là máy điện xoay chiều có hai dây quốn. Một loại nói với lưới điện có tần số f 1 không đổi, còn dây cuốn thứ hai được kích thích bằng dòng điện một chiều, trong đó dây quấn xoay chiều ba pha được được gọi là dây quấn phần ứng, ứng với nó là bộ phận máy có đặt dây cuốn kích thích được gọi là phần cảm. Ngày nay các động cơ đồng bộ thường được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt dòng để truyền động các máy có công suất lớn như máy nén khí, máy thu, máy quạt gió, máy nghiền . Cấu tạo của động cơ đồng bộ: 3-1. Stator. Lâi thÐp Cùc tõ D©y quÊn Stator ~ 3pha Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ 25 Cấu tạo rôto gồm hai phần chính là lõi thép stator và dây quấn 3 pha stator. 3.2. Rôto: Gồm có rôto cực ẩn và roto cực lồi. Rôto cực lồi: Roto cực lồi thường sử dụng rộng rãi ở các động cơ có tốc độ thấp, số đối cực lớn (2p ≥ 4). Rôto cực ẩn: D©y quÊn Cùc tõ D©y quÊn kÝch tõ Lâi thÐp Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ 26 Rôto cực ẩn thường gặp ở động cơ có tốc độ quay cao và có số lực 2p=2. 3.3- Hệ thống kích thích của động cơ đồng bộ. Để cung cấp nguồn cho dây quấn kích thích của động cơ đồng bộ cần phải có nguồn điện một chiều. Dưới đây là xét hệ thống kích thích dùng máy phát kích thích trong các động cơ đồng bộ có công suất lớn. a. Sơ đồ: Hình 3.1. Hệ thống kích thích dùng máy phát kích thích MC §C§B K2cb R2cb KTFK1 Fkp KTFkp RV2 K1 K2 Rdt Fk R1cb RV1 KTFK2 i kt Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ 27 trong các động cơ đồng bộ công suất lớn. Trong đó: MC: máy cắt được điện áp lưới ba pha mà dây quấn stator của động cơ đồng bộ. ĐCĐB: Động cơ đồng bộ. FK: Máy phát kích thích là máy một chiều kích thích song song và độc lập. FKP: Máy phát kích thích phụ là máy phát 1 chiều kích thích song song. R 1Cb , R 2Cb : Các điện trở cưỡng bức, sẽ bị nối tắt khi kích thích cưỡng bức. RV 1 , RV 2 : Các biến trở điều chỉnh. K 1Cb , K 2Cb : Các công tắc tơ để cưỡng bức kích thích. K 1 , K 2 : Công tắc tơ. R 1t : Điện trở lặp từ. KTFK 1 : Cuộn dây kích thích song song của máy phát kích thích. KTFK 2 : Cuộn dây kích thích độc lập của máy phát kích thích FK. KTFKP: Cuộn kích thích song song của máy phát kích thích phụ. Ngoài bản thân máy phát kích thích ra, hệ thống còn có máy phát kích thích phụ cung cấp cho cuộn dây kích thích độc lập KTFK 2 của máy phát kích thích phụ. b- Điều chỉnh dòng kích thích của động cơ đồng bộ. Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ 28 Dòng kích thích I KT trong các động cơ đồng bộ rất lớn và cỡ hàng 100A vì thế điều chỉnh nó bằng biến trở đặt trong mạch vòng dây quấn kích thích là không tinh tế vì tổn hao trong biến trở làm giảm đáng kể hiệu suất của động cơ đồng bộ. KT KT KT R U I = Trong đó: R KT Điện trở cuộn dây kích thích của động cơ đồng bộ. Theo từng chế độ làm việc của động cơ đồng bộ mà ta phải dữ dòng kích thích ở những giá trị khác nhau ứng với những giá trị ổn định khác nhau của điện áp U KT của máy phát kích thích. Trong sơ đồ (hình 1) các biến trở RV 1 và RV 2 tương ứng trên các mạch của cuộn kích thích song song của các máy FK để điều chỉnh U KT ta thực hiện theo hai cách sau. ⊕ 1. Điều chỉnh dòng kích thích của máy FK bằng cách điều chỉnh RV1 phương pháp này thường dùng cho các máy phát kích thích có công suất nhỏ. Máy không cần phải điều chỉnh rộng. ⊕ 2. Điều chỉnh dòng kích thích của máy phát FKP bằng cách điều chỉnh RV 2 . Nhờ biến trở RV 2 ta điều chỉnh được dòng kích thích từ của máy phát kích phụ. I KT F KP làm thay đổi điện áp U J K P cấp cho cuộn kích thích độc lập của máy FK để thay đổi dòng kích thích của máy FK do đó ta điều chỉnh được dòng kích thích của động cơ đồng bộ. Do đưa máy F UP vào sơ đồ nên giới hạn điều chỉnh máy kích thích FK được mở rộng. Trong các động cơ có công suất lớn ta không cần dùng thêm máy kích thích phụ. Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ 29 c- Dập từ trường kích thích trong khi sự cố. Trong sơ đồ kích thích có một cơ cấu đặc biệt có thể giảm khá nhanh dòng kích thích về 0 (gọi là động từ) khi sự cố. Dập từ được thực hiện khi vận hành bình thường cũng như khi sự cố nhờ các công tắc tơ k 1 , k 2 và R td . Dùng công tắc tơ k 1 trực tiếp cắt mạch kích thích ra khỏi dây quấn kích thích của động cơ đồng bộ là đạt mục đích nhanh nhất. Tuy nhiên tất cả năng lượng tích tụ trong từ trường kích thích sẽ phóng ra, trên điện trở hồ quang sẽ xuất hiện giữa các lớp điểm của k 1 . Trong các động cơ đồng bộ năng suất lớn. Năng lượng đã có có thể lớn tới mức phá hỏng các tiếp điểm của công tắc tơ khi cắt mạch trực tiếp. Ngoài ra khi giảm nhanh dòng kích thích như thế trong dây quấn xuất hiện suất điện động cảm ứng rất lớn. dt dI Le KT KTTC −= LKT: Điện cảm của quấn kích thích nó có giá trị rất lớn của suất điện động tự cảm e TC vượt nhiều lần điện áp định mức của dây quấn kích thích và sẽ làm hỏng cách điện của nó. Để khắc phục điều kiện đó dập từ được tiến hành theo phương pháp sau: Trong khi K 1 đóng để chuẩn bị dập từ K 2 nối dây quấn kích thích với điện trở dập từ R dT , sau khi tách máy phát F K R 1 khỏi dây quấn kích thích của động cơ đồng bộ. Điện trở động từ trường được chọn là R Td = 5 R KT để đảm bảo cho Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ 30 việc động từ chỉ nhanh mà không xuất hiện điện áp cao giá trị số cho phép của điện áp, theo độ bền cách điện của dây quấn kích thích. d- Quá trình cưỡng bức kích thích. Mỗi khi làm việc động cơ đồng bộ bị mất đồng bộ. Nếu muốn đưa vào đồng bộ ta phải tăng cưỡng bức dòng kích thích. Sự tăng cưỡng bức được rơle bảo v ệ mất đồng bộ thực hiện tự động bằng cách đóng các công tắc tơ K 1CB , K 2CB (hình 1) khi đó điện trở cưỡng bứcR 1Cb và R 2Cb các biến trở điều chỉnh RV 1 và RV 2 đều bị nối ngắn mạch làm cho dòng kích thích của máy phát kích thích F K và F KP tăng lên đến giá trị tới hạn U HTmax , dòng kích thích của động cơ đồng bộ đạt tới giá trị tới hạn I KT max . Với một sự chậm trễ do hằng số thời gian của dây quấn kích thích của động cơ đồng bộ khẳng định. KTdm KTKTdm KT U UI I max max × = (Công thức 3-1) 3.4. Mở máy động cơ đồng bộ. Khi vận hành một động cơ đồng bộ vấn đề đặt ra là đưa động cơ đồng bộ vào đồng bộ một cách hình tố nhất song vẫn phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật vì vậy ta xét một số phương pháp cơ bản sau đây. 1- Phương pháp vào đồng bộ chính xác. Khi vận hành động cơ vào làm vi ệc phải đưa rô to của động cơ tới tốc độ quay bằng tốc độ quay đồng bộ. Phương pháp này thích hợp Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ 31 cho các động cơ đồng bộ được trang bị các động cơ phụ (Động cơ tăng tốc) đưa rôto của chúng tới tốc độ quay bằng tốc độ đồng bộ phương pháp vào đồng bộ được tiến hành chính xác theo các bước sau: a. Dùng động cơ tăng tốc đưa tốc độ góc w của rôtor động cơ đồng bộ tới tốc độ đồng bộ. w = Wdb p f = 12 π Trong đó: W Tốc độ góc của rôtor động cơ đồng bộ. P: Số đối cực của động cơ đồng bộ. Wđm: Tốc độ đồng bộ. b.Dòng công tắc tơ K 1 mở công tắc tơ k 2 (Hình 1) để nối dây quấn kích thích của động cơ đồng bộ với các điểm chổi than máy phát kích thích (FK) và cắt điện trở dập từ R dT ra khỏi mạch kích thích. Khi dùng động cơ này ta sẽ ta sẽ mở núng động cơ đồng bộ một cách chính xác vì vậy lực điện từ nhỏ hơn so với các phương pháp khác nhau. Tuy vậy thời gian vào đồng bộ lâu và cần có động cơ tăng tốc và mạch điều khiển phức tạp. 2- Phương pháp tự vào đồng bộ. Để giảm bớt thời gian mở máy ta dùng phương pháp tự vào đồng bộ, phương pháp này không đòi hỏi phải điều chỉnh chính xác tốc độ quay của rôtor động cơ đồng bộ. Phương pháp tự vào đồng bộ được tiến hành theo các bước sau: Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ 32 a-Nhờ động cơ tăng tốc độ, đưa tốc độ w của rôtor động cơ đồng bộ lên gần đến tốc độ quay đồng bộ W đb . Hệ số trượt 3% không vượt quá 1 ÷4%. 1 1 || % W WW S − = (Công thức 3-2) Trong đó: S hệ số trượt. W 1 : Tốc độ góc đồng bộ. W: Tốc độ góc của rôto. Trong quá trình mở máy dây quấn kích thích được tách ra khỏi máy phát kích thích lúc này k 1 mở còn k 2 đóng (Hình 1). b-Tốc độ W của rôtor đã đạt tốc độ gần đồng bộ ta đóng k 1 và mở k 2 đưa kích từ một chiều vào dây quấn kích thích, kéo rôtor của động cơ lên tới gần W 1 . Nhược điểm của phương pháp này là dòng quá độ và lực điện từ làm theo chúng quá lớn làm yếu dần kết cấu cố định của dây quấn phần ứng làm chúng mau bị hỏng. Phương pháp này thường dùng cho trường hợp dòng quá độ không gây nguy hại cho động cơ đồng bộ còn những trường hợp còn lại mà sử dụng phương pháp này là khi phải buộc mở máy động cơ đồng bộ nhanh. Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ 33 6kV MC §C§B 380/220 V AT §K K2 K1 Ukt [...]... mômen không đồng bộ dây quấn kích còn tạo ra từ trường đập mạnh hướng dọc trục khá với từ trường quay sinh ra do dòng điện trở phụ Rdd = 5RKC theo kiểu điện trở dập từ có ảnh hưởng tốt đến đặc tính của mô men không đồng bộ Khi mở máy dây quấn kích từ phải nối với máy kích thích hay nối với điện trở dập từ vì trong dây quấn kích thích để hở mạch sẽ xuất hiện điện áp kháng từ chọc thủng cách điện và làm... trang bị dây quấn cảm KT: Dây quấn kích thích của động cơ đồng bộ Việc mở máy không đồng bộ động cơ đồng bộ được tiến hành theo các bước sau: a- Đầu tiên dây quấn kích từ phải được tách ra khỏi máy phát kích thích do K1 mở và được nối tắt qua điện trở dập từ Rdt do công tắc tơ K2 đóng b- Sau đó đóng máy cắt Mc đưa điện lưới vào stator của động cơ đồng bộ xuất hiện mô men khởi động Muđb kéo rotor của động... áp 7,9: Máy biến áp 8: Điện kháng điều khiển dùng bộ điều khiển b- Hệ kích thích độc lập: Năng lượng cần thiết để cấp cho dây quấn kích thích được lấy từ máy phát điện ba pha có rotor gắn trên trục của động cơ đồng bộ Ở trường hợp này thiết bị chỉnh lưu bán dẫn hay dùng các điốt hay các tizistov mắc theo sơ đồ cần ba pha c- Hệ kích thích không chuyển tiếp Hệ có chỉnh lưu bán dẫn đặt trên trục máy và... f (θ) Đặc tính 43 Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ này được xây dựng băng cách sử dụng đồ thị véc tơ của mạch stator với giả thiết bỏ qua điện trở R4 của stator C ϕ −θ Usinθ U1 B θ E A ϕ I1 Hình 3-8 : Đồ thị vectơ của mạch stator động cơ đồng bộ Trong đó: U1: Điện áp pha lưới điện V E: Sức điện động pha stator I1: Dòng điện stator A X3: Điện kháng pha stator (XS = XM + X’1) θ: Góc lệch pha giữa... mở k2 đưa điện áp UKT của máy phát kích thích và mạch kích từ của động cơ đồng bộ và tách điện trở dập từ Rdt ra Chú ý khi đóng K1 mới được mở K2 để tránh hở mạch của dây quấn kích thích động cơ đồng bộ d- Nếu mở máy có tải thì UKT được chọn trước sao cho ở chế độ đồng bộ được xác lập với hệ số công suất cosϕ cần thiết, khi mở máy ở không tải tức là mômen cản M=0 và sau khi được kéo vào đồng bộ động... + R2 / 3) 2 + X 2 2 ] (Công thức 3-5 ) m1: Số pha của dây quấn stator U1: Điện áp của lưới W1: Tốc độ góc của từ trường stator R1: Điện trở tác dụng của các pha dây quấn stator R2: Điện trở tác dụng của rotor đã quy đổi về stator Xn = X1 + X2 Điện kháng ngắn mạch (khi S =1) X1: Điện kháng tản của dây quấn stator 37 Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ X2: Điện kháng tản của dây quấn rotor đã quy... thức 3-6 ) Quá trình máy kéo dài cỡ vài chục giây nó tùy thuộc vào công suất và tốc độ góc của động cơ đồng bộ Khi đạt tới tốc độ W0 =Wđb (1-S0) thì máy phát kích thích được tự kích (hoặc điều khiển để tăng điện áp kích từ chuẩn bị cho quá trình vào đồng bộ) và đầu ra của nó có điện áp UKT đủ để cho dòng kích từ cần thiết 39 Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ c- Sau khi đạt tới W=W0 thì K1 đóng lại, ... khởi động bằng phương pháp không đồng bộ 3.6 Nguồn kích từ - Đặc tính cơ - Hãm động cơ đồng bộ 1- Các bộ nguồn kích cho động cơ đồng bộ Vào những năm 50 người ta chỉ sử dụng máy phát một chiều có vành gáp gọi là máy phát kích thích với động cơ riêng Ngay nay với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, kỹ thuật bán dẫn phát triển cao theo đó độ tin cậy của các chỉnh lưu bán dẫn ngày càng tăng và được nâng... công suất đủ lớn 3-5 Phương pháp khởi động không đồng bộ động cơ đồng bộ 36 Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ Phương pháp này không đòi hỏi phải có động cơ khởi động phụ quay rotor động cơ đồng bộ đến tốc độ gần đồng bộ khi bắt đầu khởi động ta đóng K2, mở K1 và đóng máy cắt để đưa điện áp U1 có tần số f và stator của động cơ đồng bộ, lúc này dòng điện trong dây quấn stator I1 = U1/(W1xL1) tạo... 0 Hình 3-6 : Sơ đồ nguyên lý của động cơ đồng bộ M Hinh 3-7 : Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ Khi đóng stator động cơ đồng bộ vào lưới điện xoay chiều có tần số f1 không đổi, động cơ sẽ làm việc với tốc độ không đổi là tốc độ đồng bộ W = 2π f 1 P (Công thức 3-7 ) Trong phạm vi mô men cho phép M ≤Mmax đặc tính cơ là tuyệt đối cứng (β=∞) khi mômen vượt quá trị số Mmax thì tốc độ động cơ sẽ mất đồng bộ người . dòng để truyền động các máy có công suất lớn như máy nén khí, máy thu, máy quạt gió, máy nghiền . Cấu tạo của động cơ đồng bộ: 3-1 . Stator. Lâi thÐp Cùc. thức 3-1 ) 3.4. Mở máy động cơ đồng bộ. Khi vận hành một động cơ đồng bộ vấn đề đặt ra là đưa động cơ đồng bộ vào đồng bộ một cách hình tố nhất song vẫn phải