Vãö nguyãn lyï laìm viãûc, âäüng cå så cáúp quay räto maïy phaït âiãûn âäöng bäü âãún gáön täúc âäü âënh mæïc, maïy phaït âiãûn mäüt chiãöu noïi cuìng truûc maïy phaït âiãûn âäöng bäü â[r]
(1)BI THÍ NGHIỆM SỐ
MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
I MỤC ĐÍCH V U CẦU THÍ NGHIỆM: 1.Mục đích:
- Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý làm việc máy phát điện đồng bộba pha - Nắm dược phương pháp hòa đồng thiết bị đơn giản
- Khảo sát nghiên cứu số đường đặc tính máy phát điện đồng 2.Yêu cầu :
- Xem kỹ phần phụ lục để biết thiết bị, cách ghép nối, từ thuật ngữ cần thiết cho thí nghiệm
- Xem lại đặc điểm mạch điện 3pha Lý thuyết máy phát đồng - Tìm hiểu cấu tạo ghi số liệu định mức máy phát điện đồng thí nghiệm II TĨM TẮC LÝ THUYẾT
1. Cấu tạo nguyên lý làm việc
Máy điện đồng máy điện xoay chiều có tốc độ rotor n tốc độ từ trường quay máy n1 Ở chế độ xác lập máy điện đồng có tốc độ quay rotor ln không đổi Máy điện đồng sử dụng rộng rãi công nghiệp
Cấu tạo máy điện đồng gồm có hai phận stator rotor
Stator máy điện đồng giống stator máy điện không đồng bộ, gồm hai phận lõi thép stator dây quấn ba pha stator Lõi thép stator làm thép kỹ thuật điện dầy 0,5 mm, hai mặt có phủ sơn cách điện Dọc chiều dài lõi thép stator cách khoảng - cm có rãnh thơng gió ngang trục rộng khoảng 10mm Lõi thép stator đặt cố định thân máy Dây quấn stator gọi dây quấn phần ứng
Rotor máy điện đồng là nam châm điện gồm có lõi thép dây quấn kích thích Dịng điện đưa vào dây quấn kích thích dịng điện chiều Rotor máy điện đồng có hai kiểu rotor cực lồi rotor cực ẩn
Về nguyên lý làm việc, động sơ cấp quay rôto máy phát điện đồng đến gần tốc độ định mức, máy phát điện chiều nói trục máy phát điện đồng thành lập điện áp cung cấp dịng điện chiều cho dây quấn kích thích máy phát điện đồng thơng qua chổi than vành góp, rơto máy phát điện đồng trở thành nam châm điện Do rôto quay, từ trường rôto quét qua dây quấn stato cảm ứng dây quấn stato sđđ xoay chiều hình sin
Nếu rơto có số đơi cực từ p, quay với tốc độ n sđđ cảm ứng dây quấn stato có tần số là:
60 n p
f = (3.1)
Và trị số hiệu dụng sđđcảm ứng dây quấn stato là:
t dq
o 2fWk
(2)Khi dây quấn stato nối với tải, dây quấn có dịng điện ba pha chạy qua Hệ thơng dịng điện nầy sinh từ trường quay, gọi từ trường phần ứng, có tốc đơ:
p f 60
n1= (vg/ph) (3.3)
Từ (3.1) (3.3), ta thấy tốc độ rôto n tốc độ từ trường quay máy n1, nên gọi máy điện đồng
2. Mơ hình, phương trình cân đồ thị vectơ
Máy điện đồng cực ẩn
Dòng điện It dây quấn kích thích sinh từ thơng Φo khe hở khơng khí Dịng điện phần ứng I dây quấn stator sinh từ thông Φs khe hở khơng khí Một phần nhỏ từ thơng này, Φưl , gọi từ thơng tản, móc vịng với dây quấn stator khơng móc vịng qua dây quấn kích thích Phần lớn từ thơng này, Φư , gọi từ thông phản ứng phần ứng, qua khe hở khơng khí móc vịng với dây quấn kích thích Kết khe hở khơng khí có từ thơng tổng
I
&
Φo
~
+ _
~
+ _
It
æ
Φ&
æ
E& I
jX
E&æ = æ&
− δ
E&
+
_ I
&
(a) (b)
æ
E&
o
E&
~
+ _
+
_ I
&
(e)
o
E&
jXâb
'
E&δ
Ræ
U
&
+
_ I
&
(g)
' t
I
&
jXâb
'
E&δ
Ræ
U
&
m
I
&
~
+_ E&δ
+
_ I
&
(c)
o
E&
jXæ
~
+_ E&δ
+
_ I
&
(d)
o
E&
jXæ
'
E&δ
Ræ
U
&
jXæt (3)Φδ , khe hở không khí có hai thành phần từ thơng, Φo Φư Giả thiết mạch từ chưa bão hòa nên thành phần từ thông cảm ứng sđđ dây quấn stator Trên hình 3.1a, Eo Φo cảm ứng, Eư Φư cảm ứng Còn sđđ tổng Eδ từ thông tổng Φδ sinh Sđđ kích thích Eo hình thành đường cong khơng tải Sđđ Eư, gọi sđđ phản ứng phần ứng, phụ thuộc vào Φư (tức phụ thuộc vào I) Từ hình 3.1a, ta có :
(3.4)
ỉ
o E
E
E&δ = & + &
hoặc E&o =−E&ư +E&δ (3.5)
Từ đồ thị vector hình 3.1b, sđđ E&ư chậm sau từ thơng Φư (hoặc I) góc 90
o Do đó, dịng điện I chậm sau -E&ư góc 90o Như cơng thức 3.5, điện áp - biểu diễn điện áp rơi điện kháng X
æ
E& dịng điện I Cơng thức 3.5 viét lại sau :
δ +
= jX I E
E&o æ& & (3.6)
Điện kháng Xư gọi điện kháng phản ứng phần ứng trình bày hình 3.1c Nếu dây quấn stator có điện trở Rư điện kháng tản Xưt (ứng với từ thơng tản Φưl) mạch điện thay trình bày hình 3.1d Điện trở Rư điện trở tác dụng gần 1,6 lần điện trở chiều dây quấn stator Điện trở tác dụng gồm hiệu ứng nhiệt hiệu ứng mặt gây dòng điện chạy qua dây quấn stator
Nếu hai điện kháng Xư Xưl hợp thành điện kháng mơ hình mạch điện tương đương rút gọn hình 3.1e, :
Xđb = Xư + Xưl : gọi điện kháng đồng Zđb = Rư + jXđb : gọi tổng trở đồng
Điện kháng đồng Xđb gồm tất từ thông kể từ thơng tản, sinh dịng điện phần ứng Giá trị tham số phụ thuộc vào kích thước máy Máy có cơng suất lớn Xđb lớn (Xđb = 0,5-1,5)
~
+ _
+
_ I
&
(a)
o
E&
Xâb Ræ
o
0 U∠
o
E&
æ
R I
&
âb
jX I
&
I
&
U
&
ϕ θ
(b)
~
+_
+
_ I
&
(c)
o
E&
Xâb R
æ
o
0 U∠
æ
R I
& −
âb
jX I
& −
I
&
U
&
ϕ θ
(d)
o
E&
(4)Đồ thị vector cho ta thấy mối quan hệ dòng điện điện áp máy phát động đồng bộ, trình bày hình 3.2 Đồ thị vector dựa sở mạch điện thay máy điện đồng Lấy điện áp U đầu cực máy làm vector gốc việc vẽ đồ thị vector
Mạch điện thay máy phát điện động vẽ hình 3.2a Để thuận tiện dịng điện I có chiều trường hợp máy phát đồng Ta có phương trình cân điện áp máy phát đồng :
θ ∠ = +
+
= æ âb o
o U IR IjX E
E& & & & (3.7)
Vector sđđ kích thích Eo thu cách thêm điện áp rơi RI& jXI& đb vào điện áp Phụ tải máy phát điện động thường có tính cảm, trường hợp thường gặp, ta xét trường hợp
U
&
Trong trường hợp động đồng bơ, dịng điện I& có chiều vào Mạch điện thay vẽ hình 3.12c Ta có phương trình cân điện áp động đồng :
âb æ
o IR IjX
E
U& = & +& +& (3.8)
θ − ∠ = −
− ∠
= æ âb o
o U IR IjX E
E& & & (3.9)
Vector sđđ kích thích Eo thu cách trừ bớt điện áp rơi RI& jXI& đb từ điện áp Trên hình 3.2d vẽ đồ thị vector động điện động có tính cảm
U
&
Chú ý rằng, góc θ dương chế độ máy phát âm chế độ động điện Góc θ gọi góc cơng suất
U
&
E&oMáy điện đồng cực lồi
Ở máy cực lồi khe hở dọc trục ngang trục khác nên ta phân tích Φư thành hai thành phần: dọc trục Φưd ngang trục Φưq tương ứng có hai thành phần dòng điện : dọc trục Id ngang trục Iq, ta có :
(3.10)
ỉq æd
æ =Φ +Φ
Φ& & &
q d I
I
I & &
&= + (3.11)
Từ trường phần ứng ngang trục Φưq tạo nên sđđ ngang trục E&q =−jI&qXưq, với Xưq điện kháng phản ứng phần ứng ngang trục từ trường phần ứng dọc trục Φưd tạo nên sđđ dọc trục
æd d
d jI X
E& =− & , với Xưd điện kháng phản ứng phần ứng dọc trục
Ngoài dịng điện tải I cịn sinh từ thơng tản Φưt dây quấn stator, tương ứng có sđđ tản Eưt, đặc trưng điện kháng tản Xưt không phụ thuộc hướng dọc trục ngang trục:
æt q æt d æt
æt jIX jI X jI X
E& =− & =− & − & (3.12)
Phương trình điện áp máy phát điện đồng cực lồi :
æ æt q æ d æ
0 E E E IR
E
U& = & + & + & + & −&
æ æt q q æ q æt d d æ d
0 I jX I jX I jX I jX IR
E
U& = & −& −& −& −& −&
æ æt
q æ q æt d æ d
0 I j(X X ) I j(X X ) IR
E
(5)æ q q d d
0 I jX I jX IR
E
U& = & −& −& −& (3.14)
trong đó: Xd = Xưd + Xưt điện kháng đồng dọc trục; Xq = Xưq + Xưt điện kháng đồng ngang trục
Phương trình (3.14) tương ứng với đồ thị vectơ máy phát điện đồng cực lồi, hình 3.3b Từ phương trình điện áp đồ thị vectơ ta thấy góc lệch pha điện áp U sđđ E0 phụ tải định
Phương trình cân điện áp động điện đồng cực lồi :
æ æt q q æ q t d d æ d
0 I jX I jX I jX I jX IR
E
U& = & +& +& +& +& +&
æ æt q æ q æt d æ d
0 I j(X X ) I j(X X ) IR
E
U& = & +& + +& + +& (3.15)
æ q q d d
0 I jX I jX IR
E
U& = & +& +& +& (3.16)
Phương trình (3.16) tương ứng với đồ thị vector động điện đồng cực lồi, hình 3.3d Từ phương trình điện áp đồ thị vector ta thấy góc lệch pha điện áp U sđđ E0 dịng điện kích thích định
3. Đặc tính máy điện đồng
a. Đặc tính khơng tải
Đặc tính khơng tải máy phát điện đồng quan hệ sđđ E = Uo dịng điện kích từ It máy làm việc khơng tải (I = 0) tốc độ quay rotor khơng đổi (hình 3.4) Nó dạng đường cong từ hóa B = f(H) vật liệu sắt từ
E = U0 =f(It) ⏐ I = 0, f = fâm
Hình 3.3 Đồ thị vectơ máy điện đồng cực lồi
ψ U& I & E& q I & d I & (a)
Xd,Xq
0 R q qX I j& d dX I j& ϕ θ (b) æ R I & E&
æ I&
Id, Iq I
&
U&
U&
(c)
Xd,Xq
0
&
E
Ræ
I
& Id, Iq
I & U& (d) ψ I & E& q I & d I & q qX I j& d dX I j& ϕ θ E0 It Edæ
(6)+ Lần lược đóng K để tăng dần tải Mổi lần tăng tải, nếu điện áp U tốc độ n giảm phải điều chỉnh dịng điện kích từ it để giữ U = Uđm điều chỉnh điện áp đưa vào Prime Mover để giữ tốc độ định mức Sau đưa trỏ chuột đến nút record data, nhắp chuột để ghi kết đo vào máy tính Mở bảng số liệu đo ghi vào bảng
+ Sau làm xong tải trở R, thay tải R-L, tải R-C Cũng làm để lấy kết Bảng Tải R (Uđm = V; n = vg/phút)
ii= I3(A)
I = I1(A)
Taíi R-L (Uâm = V; n = vg/phuït)
ii= I3(A)
I = I1(A)
Taíi R-C (Uâm = V; n = vg/phuït)
ii= I3(A)
I = I1(A)
4. Hòa đồng máy fát điện đồng bộ: Sơ đồ nối dây thí nghiệm hình 3:
I3
KT
+
8
Hình : Sơ đồ thí nghiệm hịa đồng máy phát điện đồng
it R âc
Prime Mover
MF ÂB +
T
N +
I2 +
E1 E2
+ I1
+
2
5
4
6 Modul đèn đồng
~
+E3
N
Trình tự tiến hành sau :
+ Làm giống thí nghiệm khơng tải để thành lập điện áp, điện áp máy phát UF điện áp lưới UL.(E1 = E3)
+ Điều chỉnh điện áp đưa vào động sơ cấp để thay đổi tốc độ máy phát quan sát modun đèn đồng (nối tối)
+ Mở phân tích pha để so pha E1 E3, qua thấy lệch pha điện áp máy phát UF điện áp lưới UL Thay đổi tốc độ máy phát quan sát hai vectơ cửa sổ phân tích pha
L
U
vaì &
&F
(7)IV BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
1 Từ số liệu đo bảng, vẽ đặc tính Nhận xét dạng đặc tính so sánh với lý thuyết Ý nghĩa đặc tính điều chỉnh với tính chất tải khác
2 Từ số liệu đo tính tỉ số ngắn mạch :
n t
o t âm
no
i i I
I
K = = viết nhận xét
3 Xác định điện kháng đồng dọc trục điện kháng tản máy phát điện đồng từ đặc tính khơng tải đặc tính ngắn mạch ?
4 Từ đặc tính ngồi máy phát, xác định độ thay đổi điện áp tải định mức máy phát với tính chất tải khác nhau:
100 U
U E U
âm âm âm%
− =
Δ
Nhận xét giá trị ΔUđm% qua tính chất tải khác IV.CÂU HỎI KIỂM TRA
1 Mục đích thí nghiệm Phân biệt sơ đồ đấu nối
3 Phân biệt thí nghiệm ngắn mạch chế độ ngắn mạch Ý nghĩa đường đặc tính
5 Cách xác định thơng số