a) Phương trình cân bằng điện áp của máy phát điện đồng bộ.
- Sức điện động do từ trường trong khe hở sinh ra: = + (2.5)
Với: là sức điện động phần ứng. - Đối với máy phát điện đồng bộ:
= - ( + j ) ( 2.6) Trong đó:
: Điện áp ở đầu cực máy.
và : Điện trở và điện kháng tải của dây quấn phần ứng. : Là sức điện động cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe hở. - Đối với máy phát điện đồng bộ cực ẩn:
= - ( + j ) (2.7)
Với: = + điện kháng đồng bộ. : Sức điện động không tải.
- Đối với máy phát điện đồng bộ cực lồi: = - - j - j (2.8)
Với : = + : Điện kháng đồng bộ dọc trục. = + : Điện kháng đồng bộ ngang trục. Học viên: Phạm Đình Nguyện
Cao học 2012- 2014 26
b) Phản ứng phần ứng của máy điện đồng bộ.
Khi đấu tải vào dây quấn phần ứng máy phát, mạch kín cho dòng qua tải. Dòng qua tải có tính chất của dòng cảm ứng vì được sinh ra bởi các sức điện động cảm ứng từ ba pha dây quấn trên stator máy phát. Theo định luật Lenz các dòng cảm ứng có khuynh hướng tạo các hệ quả đối kháng lại nguyên nhân ban đầu sinh ra nó. Do đó các dòng qua phần ứng hình thành từ trường tương tác lên từ trường phần cảm. Sự tương tác giữa hai thành phần từ trường này được gọi là phản ứng phần ứng. Tùy thuộc vào tính chất của tải (hệ số công suất của tải) ta có 3 trường hợp sau khi xét phản ứng phần ứng.
* Tải thuần trở: sức điện động E cùng pha với dòng điện I ( = ).
I
Hình 2.1. Phản ứng phần ứng với tải thuần trở.
Vậy từ thông phần cảm và phần ứng có phương vuông góc với nhau. Kết quả của sự tương tác này làm từ thông phần cảm có thay đổi và ảnh hưởng đến giá trị của sức điện động sinh ra trên mỗi pha. Vì phương của các từ thông này vuông góc với nhau, ta nói phản ứng phần ứng là dạng khử từ ngang trục.
Cao học 2012- 2014 27
*Tải thuần cảm: Sức điện động E lệch pha với dòng điện I một góc ( = ).
I
Hình 2.2. Phản ứng phần ứng với tải thuần cảm.
Vậy từ thông phần ứng có khuynh hướng khử từ thông phần cảm. Vì hướng của các từ thông ngược nhau, ta nói phản ứng phần ứng là dạng khử từ dọc trục.
*Tải thuần dung: sức điện động E lệch pha với dòng điện I một góc ( = - ).
I
Hình 2.3. Phản ứng phần ứng với tải thuần dung.
Từ thông phần cảm và phần ứng cùng hướng với nhau, ta nói từ thông phần ứng có khuynh hướng hổ trợ từ thông phần cảm. Phản ứng phần ứng là dạng trợ từ dọc trục.
Cao học 2012- 2014 28
c) Quá trình năng lượng trong máy phát điện đồng bộ.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.4. Giản đồ năng lượng của máy phát điện đồng bộ.
- Công suất điện từ:
= - - - (2.9) Trong đó: là công suất điện đưa vào động cơ,[kW].
là tổn hao cơ , [W]. là tổn hao kích từ , [W]. là tổn hao phụ , [W]. - Công suất điện đầu ra:
= - - (2.10) Trong đó: là công cơ hữu ích, [kW].
là tổn hao đồng , [W]. là tổn hao sắt , [W].
Cao học 2012- 2014 29
d) Đặc tính góc của công suất tác dụng
Đặc tính góc của công suất tác dụng của máy điện đồng bộ là quan hệ
P = khi = const, = const, trong đó ( ) là góc tải giữ các véc tơ sđđ và điện áp . Việc nghiên cứu đặc tính này cho phép giải thích được nhiều tính chất quan trọng của máy. Trong khi nghin cứu đặc tính góc đó, để đơn giản ta bỏ qua ( điện trở tản từ của cuộn dây phần ứng) vì trị số nó rất nhỏ so với các điện kháng đồng bộ ( , xd, xq ). Máy phát điện đồng bộ được cấu tạo với hai loại cực lồi và cực ẩn cho nên giá trị điện kháng dọc trục và ngang trục khác nhau nên ta xem xét đánh gia riêng cho từng loại cụ thể. - Loại cực lồi ( tốc độ bé) và xd ≠ xq.
- Loại cực ẩn ( tốc độ lớn) và xd = xq.
- Điện kháng của máy phát là điện kháng từ hoá ( móc vòng từ roto sang stato và ngược lại), điện kháng tản từ.
xd Sức điện động Stato Eq.
Eq phụ thuộc vào dòng kích từ, luôn có hướng ngang trục, Eq gắn chặt với roto.
• Máy phát cưc lồi:
Xd- Xq Xq Eq Id I Xd Học viên: Phạm Đình Nguyện
Cao học 2012- 2014 30 Hình 2.5. : Là sức điện động tính toán. d : Do kích từ gây ra. Và I = Id + Iq I = Iq - jId I = + j . I = + . Id + j . Iq = + - ) Id
Như ta đã biết công suất của máy đồng bộ ở đầu cực của máy bằng: P = mUI cos ( ; là góc lệch giữa ( , ), m là số pha stato. Với = 0 ta có Id = ( ; là góc lệch giữa ( , ) Vậy = - ( ; là góc lệch giữa ( , )
Do đó: P = mUI cos = mUI cos - ). P = mU( I cos cos + I sin sin ) P = mU( cos + sin )
P = sin cos + sin - sin cos . Hay là:
P = sin + ( - ) sin 2
Và = Xq + Xh. ( là góc lệch pha giữa Eq và U.
= Xd + Xh (Trong đó Xh điện kháng từ hóa móc vòng từ stato sang roto và ngược lại)
Cao học 2012- 2014 31 • Máy phát cực ẩn: Eq Uf Xd Hình 2.6. : Là sức điện động quá độ. : Là điện kháng quá độ.
Eq, Xq là đồng bộ ( d siêu quá độ là bé, quá độ là lớn, Xd đồng bộ là lớn nhất. : Không bị đột biến tại thời điểm kích động ( từ thông kích từ và phản ứng phần ứng) còn Eq sẽ bị đột biến.
Và : P = m sin .
= Xd + Xh . Trong đó Xh điện kháng từ hóa móc vòng từ stato sang roto và ngược lại.
Vậy là góc lệch pha giữa Eq và U, U 0 thì Eq là góc U.
Máy phát cực ẩn: Kích từ không đổi Eq không đổi, góc sức điện động chính là góc roto.
• Nhận xét. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Để đơn giản hóa trong quá trình tính toán kết quả sai số không nhiều tai giả thiết:
- Nếu bỏ qua sự làm việc của TDK làm cho Eq không đổi trong chế độ xác lập.
Cao học 2012- 2014 32
- Nút hệ thống có công suất lớn nếu U = const góc pha không đổi. - Một nhà máy nối với HTĐ vô cùng lớn gọi là hệ thống điện đơn giản.
-Nếu không cần độ chính xác cao ta có thể bỏ qua thành phần thứ 2 trong máy phát điện cực lồi khi đó máy phát điện cực lồi và máy phát điện cực ẩn có thể sử dụng cùng một công thức: P = m sin .
Pmax = , = và là góc của ro to. Và mô hình thay thế Hình 2.7. Xd U • Khi xét chế độ quá độ.
Đáp ứng động của máy phát lúc đó đột biến khi xảy ra kích động nên không sử dụng phương trình trên. Từ thông trong khe hở không khí không đổi tại thời điểm xảy ra kích động vì bản than roto sinh từ thông kháng lại sự biến đổi.
: là sức điện động quá độ không đột biến.
và giả thiết = const trong tính toán viết phương trình P theo và giả thiết = ( điện kháng quá độ) khi đó
P = m sin
( và là góc lệch giữa và U ), = + , là đạo hàm của
Cao học 2012- 2014 33