Máy phát điện đòng bộ làm việc với tải đỗi xứng - Chương 4

[r]

Ch−¬ng

Máy phát điện đồng lμm việc với tải đối xứng 4.1 Đại c−ơng

Chế độ tải đối xứng máy điện đồng đ−ợc đặc tr−ng đại l−ợng: U, I, It ,

cosϕ vμ tần số f tốc độ n

Trong f = fđm; cosϕ phụ thuộc vμo tải cịn lại 3 đại l−ợng U, I, It xác định cho ta cỏc

c tớnh

1 Đặc tính không t¶i U = f(It) khi I = 0; f = fđm

2 Đặc tính ngắn mạch In = f(It) khi U = 0; f = f®m

3 §Ỉc tÝnh ngoμi U = f(I) khi It = cte; f = fđm; cos = Cte

4 Đặc tính ®iÒu chØnh It = f(I) khi U = cte; f = fđm; cos = Cte

5 Đặc tính t¶i U = f(It) khi I = cte; f = f®m; cosϕ = Cte

Các đặc tính đ−ợc xác định cách tính tốn thí nghiệm

Từ đặc tính ta suy tỷ số ngắn mạch K; ΔU vμ tham số xd; xq; xσ−

4.2 Các đặc tính máy phát điện đồng bộ. Sơ đồ thí nghiệm nh− hình 4.1

Hình 4.1 Sơ đồ thí nghiệm lấy đặc tính ca mỏy phỏt in ng b

1 Đặc tính không tải

(E = U = f(It) khi I = vμ f = f®m)

Hệ đơn vị t−ơng đối E* = E/Eđm ; It* = It / Itđm0

Theo sơ đồ thí nghiệm hình 4.1 Mở cầu dao tải, quay máy phát đến tốc độ định mức, thay đổi dịng điện kích từ ta nhận đ−ợc đ−ờng đặc tính khơng tải, nh− hình 4.2

Đờng (1) máy phát tourbin hơi, đờng (2) máy phát tourbin nớc Ta thấy máy phát tourbin bảo ho nhiều máy phát tourbin nớc

Khi E = Eđm = 1 máy phát tourbin có kd =

k = 1,2 máy phát tourbin nớc có k = 1,06

Hình 4.2 Đặc tính không tải,

2 Đặc tính ngắn m¹ch, In = f(It) U = 0, f = fđm v tỷ số ngắn mạch K

Khi ngắn mạch bỏ qua r tải máy phát l dây quấn phần ứng nên

đợc coi l cảm = 0, Iq = Icosψ = 0 cßn Id = Isinψ = I

Mạch điện thay vμ đồ thị véc tơ nh− hình 4.3, ta có

4.1

d x I j E&0 =+ &

Khi ngắn mạch v× tõ

thơng φδ cần thiết để sinh

ra Eδ = E - Ix−d = Ixσ− rÊt bÐ nên mạch từ không bảo

ho ú quan h I = f(It)

l đờng thẳng, hình 4.4

Tỷ số ngắn mạch K

Đây l tỷ số dòng điện

ngắn mạch In0 ứng với dòng

điện It sinh E = Uđm lúc

không tải v dòng điện

nh mc Im

K = In0 / Iđm 4.2 Từ hình 4.5 ta suy ra:

In0 = U®m / xd 4.3

Với xd lμ điện kháng đồng dọc trục ứng với E = Uđm

VËy K = U®m / xd.I®m = 1/ x®*

Th−êng x®* > 1 nên K < 1, hay In0 < Iđm Vậy

dòng điện ngắn mạch xác lập máy phát điện đồng khơng lớn, lμ tác dụng khử từ phản ứng phần ứng

Qua hai tam giác đồng dạng OAA' vμ OBB' ta có:

tn t

dm n

I I I I

K = = 4.4

It0 ⇒ U0 = U®mvμ Itn ⇒ In = I®m

K l tham số quan trọng máy phát điện

đồng

Hình 4.3 (a) mạch điện thay Hình 4.4 Đặc tính ngắn mạch thế; (b) đồ thị véc tơ máy phát điện đồng

Hình 4-5 Xác định tỷ số ngắn mạch K

K lín ⇒ ΔU bÐ vμ P®t lín ⇒ m¸y lμm viƯc ỉn

định, muốn K lớn xđ* phải lớn ⇒ δ lớn ⇒ kích th−ớc máy lớn ⇒ giá thμnh tăng

3 Đặc tính ngoμi vμ độ thay đổi điện áp ΔUđm

Đặc tính ngoμi: U = f(I) It = Cte; cosϕ = Cte ; f = fđm Các đ−ờng đặc tính ngoμi phụ thuộc vμo tính

chất tải nh hình 4.6

Dòng điện kích từ It øng víi U = U®m, I = I®m,

cos = cosđm v f = fđm đợc gọi l dòng điện kích

t nh mc Itm

thay đổi điện áp ΔUđm

% 100

dm dm dm

U U E U =

4.5

Máy phát tourbin có xd lớn máy phát

tourbin nớc nên Uđm% lớn máy phát

tourbin nớc Thờng Uđm% = (25 - 35)%

4 Đặc tính ®iÒu chØnh It = F(I) U = U®m = Cte,

cosϕ = Cte vμ f = f®m.

Th−ờng cosϕđm = 0,8 (điện cảm), I tăng từ 0 đến

Iđm với U = Uđm dịng điện kích từ thay đổi 1,7 - 2,2

lần

5 Đặc tính tải U = f(It) I = Cte, cosϕ = Cte ;

f = fđm

Theo quan hệ trên, với giá trị khác I v

cos ta có đ−ờng đặc tính tải khác Trong

đó đặc biệt lμ đ−ờng đặc tính tải cảm, cosϕ = 0, (ϕ = 900) v I = I

đm (đờng hình 4.8)

Hình 4.6 Đặc tính ngoμi mỏy phỏt in ng b

Hình 4.7 Đặc tính ®iỊu chØnh

Hình 4.8 Đặc tính tải cảm Hình 4.9 Đồ thị s.đ.đ máy đồng tải thun cm

Tam giác điện kháng:

Lấy In = Iđm chiếu qua đặc tính ngắn mạch (2), chiếu xuống trục hoμnh đ−ợc điểm C

Thì OC = Itn (dòng điện kích từ), dòng điện Itn gåm phÇn:

Mét phÇn BC = k−d.F−d khắc phục phản ứng phần ứng, BC Iđm

Mét phÇn CB = OC - BC sinh E = Iđm.x = AB

Nh tam giác ABC cã 2 c¹nh AB vμ BC tû lƯ víi I®m

Xây dựng đặc tính tải cảm từ đặc tính khơng tải vμ tam giác điện kháng Tịnh

tiến ΔABC (hoặc ΔAOC) cho đỉnh A năm đ−ờng (1) đỉnh C vẽ nên đ−ờng

(3) víi ΔA'B'C'

Khi có xét đến bảo hoμ đ−ờng (3) lμ đ−ờng đứt nét với ΔA"B"C" (hoặc O"A"C")

4.3 Cách xác định tham số máy phát điện đồng

1 xd vμ xq

AB AC I

E x

n

d = = 4.6

Quan hÖ xd = f(It) l đờng (3) mạch từ

không b¶o hoμ, ta cã:

const

AB AD I

E x

n

d = = =

∞

∞ 4.7

v× k d

E E

μ

=

∞ nªn

d d d

k x x

μ

∞

= 4.8

Hình 4.10 Xác định điện kháng đồng dọc trục

M¸y cùc låi th−êng xq = 0,6.xd;

Máy cực ẩn xd = xq = xđb

2 Điện kháng tản x

Từ điểm C' đờng (3), dựng đoạn C'O' // = OC, tõ O' vÏ ®−êng // víi

OA cắt đờng (1) A', từ A' hạ A'B' C'O' th× xσ− = A'B'/ I

Khi xét đến bảo hoμ xp = A"B"/I xp > xσ− lμ điện kháng Pơchiê

M¸y cùc Èn xp = (1,05 - 1,1) xσ−

M¸y cùc låi xp = (1,1 - 1,3) xσ−

4.5 Tỉn hao vμ hiƯu st

Tổn hao đồng: điện trở dây quấn phần ứng pcu = I2.r

−

Tæn hao thép: dòng điện xoáy v từ trễ

Tỉn hao kÝch tõ: trªn rt vμ tiÕp xóc chỉi than

Tổn hao phụ: từ tr−ờng tản vμ đập mạch từ tr−ờng bậc cao Tổn hao cơ: ma sát ổ bị, ổ đỡ, lμm mát

HiƯu st cđa m¸y =

+ =

∑p P

P

2

Ch−¬ng

Máy phát điện đồng lμm việc với tải không đối xứng 5.1 Đại c−ơng

Chế độ tải không đối xứng máy điện đồng xáy - Tải pha không

- Khi có ngắn mạch khơng đối xứng hệ thống điện lực, đầu cực máy phát Chế độ tải không đối xứng th−ờng gây nên t−ợng bất lợi, nh−: điện áp khơng đối xứng; sóng điều hoμ s.đ.đ vμ dòng điện bậc cao; lμm tăng tổn hao; rơto nóng vμ máy rung

Để phân tích chế độ tải không đối xứng ta dùng ph−ơng pháp phân l−ợng đối xứng Phân dòng điện vμ điện áp thμnh thμnh phần thứ tự thuận; ng−ợc vμ không

0 2 1 1 I I I a a a a I I I c b a & & & & & &

= 5-1

0 2 1 1 U U U a a a a U U U c b a & & & & & & = 5-2

trong đó: a = ej2π /3; a2 = ej4π /3; + a + a2 = 0

Dòng điện kích từ it sinh s.đ.đ ứng với thnh phần thứ tự thuận E0 = E1

s.đ.đ thứ tự ngợc v không, không tồn E2 = Et0 = 0 nh− vËy:

; ; 5-3

1 1 U I Z

E& = & + & 0=U&2 +I&2Z2 0=U&0 +I&0Z0

Từ phơng trình 5-1; 5-2 vμ 5-3 ta suy

5-4 ⎪ ⎭ ⎪ ⎬ ⎫ − − − = − − − = − − − = 0 2 1 0 2 1 0 2 1 ) ( ) ( ) ( Z I Z I a Z I E a U Z I Z I a Z I E a U Z I Z I Z I E U c b a & & & & & & & & & & & & & & &

Các ph−ơng trình 5-1; 5-2 vμ 5-3 lμ sở để phân tích chế độ tải khơng đối xứng Nó

gồm ph−ơng trình có chứa 12 ẩn số, (E0, Z1; Z2; Z0 đã biết), muốn giải c tu tng

trờng hợp cụ thể ta phải bổ sung thêm phơng trình

5-2 Các tham số máy phát điện đồng lμm việc tải khơng đối xứng.

1. Tỉng trë thø tù thuËn Z1 = r1 + jx1

Tổng trở thứ tự thuận Z1 lμ tổng trở máy lúc tải đối xứng, với x1 = xđb máy

cùc Èn, m¸y cùc låi lμ xdtheo h−íng däc trơc vμ xq theo h−íng ngang trơc

2 Tæng trë thø tù thuËn Z1 = r1 + jx1

S.t.đ hệ thống ng−ợc, quay ng−ợc với tốc độ đồng tốc độ t−ơng đối

so víi r« to lμ 2n1 Nã cảm ứng dòng điện dây quấn rôto có tần sè 2f Víi m¸y cùc

lồi ta coi rơto đứng n từ tr−ờng quay ng−ợc có tốc độ 2n1 lμ dòng điện 2 pha

5.4 Ngắn mạch không đối xứng

Hình 5-4 Ngắn mạch pha

1 Ngắn mạch pha.

Giả sử pha a bị ngắn mạch mạch, hình 5-4, ta có:

0

= a

U& 5-12

0

=

= c

b I

I& & 5-13

Ba phơng trình ny kết hợp với 9 phơng trình (5-1); (5-2) v

(5-4) thnh hệ thống 12 phơng trình 12 ẩn số v giải ®−ỵc

Tr−íc hÕt ta cã: I&a =I&n1 5-14

Tõ (5-13) vμ (5-1) ta suy ra:

5-15

2 I

I& = &

1

1

3

n

a I

I I I

I& = & = & = & = & 5-16 Thay (5-16) vo (5-4) ta đợc:

0

0

1

Z Z Z

E I

I I

+ + = =

= & & &

& 5-17

v dòng điện ngắn mạch pha có trị số:

0

1

3

Z Z Z

E I

I

In a

+ + = =

= & & &

& 5-18

Điện áp pha b vμ c xác định theo 2 biểu thức cuối (5-4)

Bỏ qua r− ta có đồ thị véc tơ dòng điện vμ điện áp ngắn mạch pha, hình 5-5

H×nh 5-6 Mạch điện thay thế ngắn mạch pha Hình 5-5 Đồ thị véc tơ dòng v điện áp ngắn mạch pha

Từ phân tích ta lập mạch điện thay nh hình 5-6 Với E0 biểu thị nguồn

máy phát víi tỉng trë thù tù thn Z1. vμ ng¾n mạch Z2; Z0 điểm M v N.

Mạch điện thay hình 5-6 hon ton phù hợp với biểu thức (5-17) Điện áp U1

hai im M vμ N đặc tr−ng cho chổ ngắn mạch, điện áp rơi Z2 vμ Z0 lμ U2 v

U0

Mạch điện thay ny áp dụng cho ngắn mạch pha lới điện phức

2 Ngắn mạch hai pha.

Hình 5-7 Ngắn mạch hai pha máy phát đ.b

Giả sử ngắn mạch hai pha b vμ c nh− h×nh 5-7, ta cã:

5-19

c

b U

U& = &

5-20

0

= a I&

5-21

=

+ c

a I I& &

Để tìm trị số dịng điện ngắn mạch hai pha tr−ớc hết ta cộng ph−ơng trình (5-1) sau kết hợp với (5-20); (5-21) vμ (5-22)t ta đ−ợc:

0 ;

0 ;

0 0 1 2

0 = U = I + I =

I& & & & Từ (5-19) suy vo phơng trình (5-2)

ta có: , thay vo (5-3) đợc:

0

=

− c

b U

U& &

2 U

U& = &

hay lμ

2

0 (Z Z )I

E& = + &

2

Z Z

E I

I

+ = −

= & & &

Cuèi ta đợc

2

0

1 2 2

3

) (

Z Z

E j I j I a a I a I a I I

In b c

+ − = −

= − = + =

− =

= & & & & & & &

& (5-22)

Bỏ qua r− ta có đồ thị véc tơ dịng điện vμ điện áp ngắn mạch hai pha nh− hỡnh 5-8

v mạch điện thay nh hình 5-9

Hình 5-9 Mạch điện thay thế ngắn mạch pha Hình 5-8 Đồ thị véc tơ dòng v điện áp ngắn mạch pha

Từ phân tích so sánh ngắn mạch pha, pha chơng ny v ngắn mạch

pha chơng ta thấy: Vì Z1 > Z2 > Z0 nên theo biểu thức (5-18); (5-22) v (4-1)

với giá trị E nh− sÏ cã In1 > In2 > In3