tài liệu lớp 14ddc02

[r]

(1)

BÀI 4: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

a) Định nghĩa

b) Phân loại

- Phân loại theo kết cấu - Phân loại theo chức năng

+ máy phát điện đồng bộ: thành điện 1 KHÁI NIỆM CHUNG

Rôto cực ẩn Rôto cực lồi

+ đồng điện đồng bộ: điện thành

(2)

2 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ a STATO

Dây quấn kích từ (dây quấn phần cảm)

Lõi thép stato

b RÔTO

Lõi thép rôto Dây quấn stato (dây quấn phần ứng)

Rôto cực ẩn: làm bằng thép hợp kim, được rèn thành khối hình trụ, sau đó gia công và phay rảnh để đặt dây quấn kích từ

+ ít đôi cực + tốc độ cao

+ đường kính nhỏ + rôto dài

Lõi thép stato

Dây quấn stato (dây quấn phần ứng)

Stato

hoặc nam châm vĩnh cửu

mặt cực từ

(3)

Rôto cực lồi + nhiều đôi cực + tốc độ thấp + đường kính lớn

+ chiều dài rôto ngắn

dây quấn kích từ

cực từ

Hai đầu dây quấn kích từ luồn trục và nối với vành trượt đặt ở đầu trục nối với nguồn điện bên ngoài qua chổi than cổ góp

3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Nguyên lý máy phát điện đồng

bộ Cho dòng điện kích từ vào dây

(4)

- Sức điện động cảm ứng xoay chiều hình sin:

= sức điện động pha

= số vòng dây quấn pha = hệ số dây quấn

= từ thông cực từ rôto

- Nếu rôto có p đôi cực, rôto quay một vòng, sức điện động phần ứng sẽ biến thiên p chu kỳ Do đó tần số sức điện động là:

- Dây quấn ba pha có trục lệch góc 120o không gian, nên sức điện động các pha lệch 120o về thời gian Dây quấn các pha nối với tải, sẽ có dòng điện pha, dòng điện ba pha tạo nên từ trường quay với tốc độ:

máy điện đồng bộ

Nguyên lý máy phát điện đồng bộ (3.1)

(3.2)

1

0 4,44.f .W .kdq . E

0 E

1

W

1 dq k

0 

60 .n p f 

n p

(5)

a Trường hợp tải thuần trở

4 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Phản ứng phần ứng ngang trục

b Trường hợp tải thuần cảm

Phản ứng phần ứng dọc trục khử từ c Trường hợp tải thuần dung

Phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ

d Trường hợp tải bất ky

trợ từ hoặc khử từ Từ thông cực từ

Tác dụng của từ trường phần ứng lên

từ trường cực từ gọi là phản ứng phần

ứng

(6)

5 MÔ HÌNH TOÁN HỌC MÁY ĐIỆN ĐỜNG BỢ

1 Chế đợ máy phát điện

a) Phương trình cân bằng áp máy phát điện đồng bộ cực lồi

là điện kháng phản ứng phần ứng ngang trục, dọc trục Sức điện động đặc trưng bởi điện kháng tản

Phương trình cân bằng áp:

: điện kháng đồng bộ dọc trục : điện kháng đồng bộ ngang trục

(5.1) (5.2)

(5.3)

(5.4) Từ trường chính

ngang trục, dọc trục tạo nên các sức điện động:

q

uq uq uq q q uq

di

E L j L I jI X

dt 

  

  

d

ud ud di ud d d ud

E L j L I jI X

dt        öd öq X X , t q t d t

t jIX Ij X Ij X

E     

ö t öq q t öd d ö t q t d öq q öd d r I X X Ij X X Ij E r I X Ij X Ij X Ij X Ij E U                        ) ( ) ( 0 ö q q d

dX Ij X Ir

Ij E

U  0      

t öd

d X X

X   t öq

q X X

(7)

Điện áp rơi dây quấn phần ứng

(5.5)

Giản đồ véctơ điện áp Cực lồi

q q d

dX Ij X

Ij E

(8)

b) Phương trình cân bằng áp máy phát điện đồng bộ cực ẩn

Thay vào (5.5) ta được

2 Chế độ động điện

Biến đổi điện thành

Vì động đồng bộ thường có dạng cực lồi nên

(5.6)

Với động đồng bợ cực ẩn:

Cực ẩn đb

q

d X X

X  

ñb q

d I X

I j E

U  0  (   )

ñb

X Ij E

U  0  

ö q

q d

dX Ij X Ir

Ij E

U  0       q q d

d X Ij X

Ij E

U  0    

0



ö

(9)

6 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỜNG BỢ CỰC LỜI a Cơng śt tác dụng

Công suất tác dụng của máy phát cung cấp cho tải

là điện áp pha và dòng điện pha là số pha

thay

(6.1)

vào (6.1)

vì và

và và

(6.2)

thế vào phương trình (6.2) ta được

Do dòng điện kích từ tao

Không phụ thuộc vào kích từ, xuất

hiện

(6.3) mà

 mUIcos P I U, m              

mUI cos( ) mUIcos cos mUIsin sin

P

q I

I.cos  I.sin Id

q q UX

I  sin

d d E UX

I   cos

d

I Iq

     

 sin cos cos sin

d q

ñt mUUX mU E XU

P

 

 

 ( 1 ).sin2

2 sin d q d

ñt mU XE mU X X

P

q d X

(10)

nếu thì công suất điện từ trở thành

(6.4)

Đặc tính gọi là đặc tính góc công suất Khi tải định mức:

q d X

X 



 sin

d ñt mU XE

P

) ( f P

0

0 30

20  

(11)

b Công suất phản kháng

Công suất phản kháng của máy phát điện cung cấp cho tải

và

thế vào phương trình (6.5) ta được

(6.5)

Đối với máy phát điện đồng bộ cực ẩn thì:

(6.6)

) sin(

sin    

mUI mUI

Q     

mUIsin cos mUIcos sin

Q

d

I Iq

     

 cos cos sin sin

q d X U mU X U E mU Q ) 1 1 ( 2 2 cos ) 1 1 ( 2 cos .

. 0 2

d q

d X X

mU X X mU X E U m

Q       

ñb q

d X X

X  

ñb ñb X mU X E U m

(12)

c Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất kháng + Điều chỉnh công suất tác dụng

Điều chỉnh công suất ngõ vào (tua bin nước, tua bin hơi, tua bin khí,…) + Điều chỉnh công suất kháng

Khi U, P, f không đổi thì:

Nếu thì : Máy nhận công suất kháng từ lưới

Nếu thì : Máy phát công suất kháng vào lưới

(6.7)

Muốn thay đổi Q → thay đổi E0 → thay đổi dòng điện kích từ Khi tăng kích từ thì Q tăng, giảm kích từ thì Q giảm

ñb

X

U E

mU

Q  ( cos  )

U

E0.cos  Q 0

0.cos

(13)

7 CÁC LOẠI TỔN HAO, HIỆU SUẤT, VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỢ

a Các loại tởn hao

+ tởn hao đồng ∆Pcu : ở dây quấn stato

+ tổn hao thép ∆PFe : ở mạch từ, phụ thuộc B, f, thép + tổn hao kích từ ∆Pt : ở cuộn dây kích từ

+ tổn hao phụ ∆Pf : dòng điện xoáy và sóng hài bậc cao

+ tổn hao ∆Pcơ

b Cân bằng lượng + chế độ máy phát điện

(7.1) (7.2) f

t cơ

đt P P P P

P  1      

Fe cu

ñt P P

P

(14)

+ chế độ động điện (7.3) (7.4)

Fe Cu

ñt P P P

P  1    

Cơ f

t

đt P P P

P

(15)

c Hiệu suất

+ đó là công suất của máy

(7.5)

là tổng tổn hao máy

% 100 .

2  

 

P P

P

2 P

cô f

t Fe

Cu P P P P

P

P        

(16)

8 CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VỚI TẢI ĐỚI XỨNG a Đặc tính khơng tải

khi và

Hình 4.9 Đặc tính không tải máy phát điện )

(

0

0 U f ikt

(17)

b Đặc tính ngoài

khi và

Độ thay đổi điện áp đầu cực máy phát tải định mức so với không tải là:

(7.6) Đối với tải R, L tải tăng thì U giảm

Đối với tải C tải tăng thì U tăng

) (I f

U  ikt const, cos const f fñm

% 100 %

100

% 0

ñm ñm ñm

ñm

U U E

U U U

U    

(18)

c Đặc tính điều chỉnh

khi và

Đối với tải R, L tải tăng thì U giảm, nên để U=const → tăng ikt Đối với tải C tải tăng thì U tăng, nên để U=const → giảm ikt

const

 

cos f fñm

) (I f

(19)

d Đặc tính ngắn mạch

khi và

Nếu bỏ qua điện trở rư ≈0, mạch điện dây quấn phần ứng là thuần cảm,

Vì lúc ngắn mạch, phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy không bão hòa, là đường thẳng.

Hình 4.12 Đặc tính không tải máy phát điện

ñm

f f  )

(I f

ikt  U 0,

0 90  

.cos 0,

q

I I   Id I.sin I E0 jI.Xd

0 kt

(20)

* Tỉ số ngắn mạch:

đó là dòng ngắn mạch ứng với dòng điện kích từ sinh là dòng điện định mức

mà

+ máy phát tua bin nước K=0.8÷1.8 + máy phát tua bin K=0.5÷1.0

Kết luận: Dòng ngắn mạch xác lập của máy phát điện đồng bộ không lớn ứng tác động khử rất mạnh của phản ứng phần ứng

ñm n

I I K 

0

n

I E0 Uñm

đm

I

d ñm n UX

I 0  1*

d dñm

d d

dñm ñm

d ñm

X X

X I

X U

(21)

8 MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC SONG SONG a Đại cương

b Máy phát điện làm việc song song

Điều kiện để máy phát điện đồng bộ làm việc song song:

+ cùng điện áp (biên độ và góc pha) + cùng tần số

+ cùng thứ tự pha Có hai phương pháp hòa đồng bộ:

+ Hòa đồng bộ chính xác

+ Hòa đồng bộ không chính xác

- Hệ thống điện có nhiều máy phát điện làm việc song song

- Việc nối các máy phát điện làm việc chung là cần thiết nhằm giảm vốn đầu tư nguồn dự phòng, đảm bảo cung cấp điện liên tục, sử dụng hợp lý các nguồn lượng, …

(22)

Các phương pháp hòa đồng bộ chính xác: a) Hòa đồng bộ kiểu ánh sáng.

+ Hòa đồng bộ kiểu nối tối.

Các ngọn đèn 1,2,3 được nối tương ứng qua cầu dao Quá trình vận hành phải thường xuyên điều chỉnh UF và fF Điện áp được kiểm tra nhờ Vôn kế

Tần số và góc pha được kiểm tra bằng đèn 1,2,3 Đèn tắt thì đóng máy phát vào lưới điện

+ Hòa đồng bộ kiểu ánh sáng quay.

Hai ngọn đèn phải nối chéo với các đầu không tương ứng qua cầu dao Trong quá trình ghép song song, nếu thứ tự pha giống nhau, thì fF ≠ fL

(23)

b) Hòa đồng bộ dùng bộ đồng bộ kiểu điện từ

+ vôn kế chỉ thị UF và UL + tần số kế chi thị fF và fL

+ đồng bộ kế có kim quay với tần số fF - fL Tốc độ quay phụ thuộc vào độ lớn

fF - fL Chiều quay phụ thuộc vào fF > fL hay fF < fL

Khi UF = UL và kim quay thật chậm, thì thời điểm đóng cầu dao là lúc kim trùng với

đường thẳng đứng và hướng lên

Hòa đồng bộ không chính xác (pp tự đồng bộ)

(24)

9 MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC VỚI TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG

- Áp không đối xứng

b) Ngắn mạch không đối xứng

a) Ảnh hưởng của tải không đối xứng đối với máy phát điện đồng bộ

- Tổn hao tăng và rôto nóng - Hiện tượng máy rung

- Ngắn mạch một pha - Ngắn mạch hai pha