Yêu cầu:
+ Chép vào vở phần ôn tập sau, ghi rõ họ tên sinh viên, mã sinh viên, lớp và chụp ảnh lại gửi vào địa chỉ email: trungdt83epu@gmail.com. Tiêu đề gửi là: chụp ảnh lại gửi vào địa chỉ email: trungdt83epu@gmail.com. Tiêu đề gửi là: Họ và tên - Lớp – Mã sinh viên - nộp bài tập ngày….
+ Học thuộc phần bài tập trên để kiểm tra vấn đáp vào buổi học tiếp theo
4.1.1. Nguyên lý làm việc của Máy điện đồng bộ (MĐĐB) : Dựa trên định luật cảm ứng điện từ
4.1.1.1. Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ:
• Khi động cơ sơ cấp quay rôto máy phát với tốc độ định mức, đồng thời cho dòng điện một chiều vào dây quấn rôto (dây quấn kích thích), rôto trở thành nam châm điện, từ trường của rôto quét qua các thanh dẫn của dây
• Tần số của s.đ.đ. cảm ứng là: .
60
p n
f
trong đó n là tốc độ quay của rôto, p là số đôi cực của máy
• Giá trị hiệu dụng của s.đ.đ. cảm ứng trong mỗi pha của dây quấn stato là: E = 4,44.f.W.kdq.Φ0
trong đó: Φ0 - từ thông trong khe hở dưới một cực từ; W - số vòng dây của mỗi pha dây quấn phần ứng; kdq - hệ số dây quấn.
• Khi dây quấn phần ứng của máy được nối với tải bên ngoài, dòng điện ba pha đối xứng lệch nhau về thời gian 1200 điện chạy trong dây quấn ba pha đặt lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện sẽ sinh ra từ trường quay với tốc độ là:
1
60.fn n
p
Ta thấy n = n1, tốc độ quay rôto bằng tốc độ từ trường quay, vì vậy máy được gọi là máy điện đồng bộ.
So sánh từ trường của cực từ do dòng 1 chiều sinh ra và từ trường quay do dòng xoay chiều sinh ra ta thấy không có sự chuyển động tương đối do quay cùng tốc độ
4.1.1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện đồng bộ:
• Cho dòng điện ba pha iA, iB, iC vào dây quấn ba pha của stato, dòng điện ba pha sẽ sinh ra từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1/p.
• Ta hình dung từ trường quay stato như một nam châm có hai cực đang quay với tốc độ n1
• Đồng thời cho dòng điện một chiều vào dây quấn rôto, rôto trở thành một nam châm điện.
• Tác dụng tương hỗ giữa từ trường stato và từ trường rôto tạo ra lực tác dụng lên rôto.
• Từ trường stato quay với tốc độ n1 nên lực tác dụng ấy kéo rôto quay với tốc độ n = n1.
• Một số đặc điểm cần chú ý:
• Động cơ điện một chiều và động cơ KĐB đều làm việc theo nguyên lý lực điện từ tác dụng, còn ở động cơ đồng bộ thì làm việc theo nguyên lý lực tác dụng giữa hai từ trường.
• Cực từ trong máy điện đồng bộ đặt ở rotor và không thể thay đổi số đôi cực không
• Ở động cơ điện đồng bộ, rôto quay được là do lực tác dụng giữa hai từ trường 4.1.2. Cấu tạo của MĐĐB
18
• Lõi thép rotor trong máy điện cực ẩn làm bằng: thép hợp kim rèn thành khối trụ sau được được gia công và phay rãnh để đặt dây quấn kích từ, phần không phay rãnh làm thành mặt cực từ. Do đó mặt cực từ được tạo thành bởi phần không phay rãnh của lõi thép rotor
• Các máy điện đồng bộ cực ẩn hiện đại thường chế tạo với số đôi cực p =1, tốc độ quay của rôto là 3000 vg/ph.
• Để hạn chế lực ly tâm, đường kính D của rôto không vượt quá 1,1 ÷ 1,15 m. Để tăng công suất, người ta tăng chiều dài l của rôto. Chiều dài tối đa của rôto vào khoảng 6,5 m. Trên mặt cực không có dây quấn cản
4.1.2.2. Kết cấu của máy điện đồng bộ cực lồi:
• Máy điện đồng bộ cực lồi thường có tốc độ quay thấp, đường kính rôto D có thể tới 15 m, chiều dài l nhỏ. Tỉ lệ l/D = 0,15 ÷ 0,2.
• Đường kính D có thể lên tới 15m vì tốc độ quay chậm, nên không cần hạn chế lực ly tâm
• Cực từ được chế tạo riêng ghép bởi các lá thép dày 1 ÷ 1,5 mm. Cực từ cố định trên lõi thép nhờ các đuôi hình T hoặc bằng bulông xuyên từ mặt cực bắt chặt vào lõi thép. Trên mặt cực có dây quấn cản
• Tốc độ quay chậm số cặp cực từ p ≥ 1 4.1.3. Các đại lượng định mức của MĐĐB
Công suất định mức (đơn vị kW hay kVA): Công suất định mức máy điện đồng bộ được tính toán theo điều kiện phát nóng và làm việc lâu dài.
• Điện áp định mức (V, kV). Nếu là máy 3 pha thì đó là điện áp dây.
• Dòng điện stato và dòng điện rôto định mức (A)
• Tốc độ quay định mức (vg/ph)
• Tần số định mức (Hz)
• Hệ số công suất cosφ
• Ngoài ra trên nhãn máy còn ghi: kiểu máy, số pha, kiểu nối dây các pha phần tĩnh, cấp cách điện của dây quấn stato và rôto, nhà máy chế tạo, năm sản xuất…
19
BÀI TẬP VỀ NHÀ MÔN MÁY ĐIỆN 1 – CHƯƠNG 4 - SỐ 2
Yêu cầu:
+ Chép vào vở phần ôn tập sau, ghi rõ họ tên sinh viên, mã sinh viên, lớp và chụp ảnh lại gửi vào địa chỉ email: trungdt83epu@gmail.com. Tiêu đề gửi là: Họ và tên - Lớp – lại gửi vào địa chỉ email: trungdt83epu@gmail.com. Tiêu đề gửi là: Họ và tên - Lớp – Mã sinh viên - nộp bài tập ngày….
+ Học thuộc phần bài tập trên để kiểm tra vấn đáp vào buổi học tiếp theo4.2.1. Các điều kiện làm việc song song của máy phát điện đồng bộ 4.2.1. Các điều kiện làm việc song song của máy phát điện đồng bộ
Điện áp của máy phát UF phải bằng điện áp của lưới UL. Tần số của máy phát fF phải bằng tần số lưới fL.
Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự pha của lưới. Điện áp của máy phát và của lưới phải trùng pha nhau. 4.2.2. Điều chỉnh khi ghép song song
Khi ghép song song, việc điều chỉnh điện áp của máy phát UF được thực hiện bằng cách thay đổi dòng kích từ của máy
Tần số fF của máy được điều chỉnh bằng cách thay đổi mômen quay (tốc độ) của động cơ sơ cấp kéo máy phát.
Sự trùng pha giữa điện áp của máy phát và điện áp của lưới được kiểm tra bằng đèn, vonmét chỉ không hoặc dụng cụ đồng bộ.
Thứ tự pha của máy phát được kiểm tra bằng dụng cụ kiểm tra thứ tự pha và thường chỉ kiểm tra một lần sau khi lắp đặt máy và hoà đồng bộ với lưới lần đầu tiên.
4.2.3. Các phương pháp hòa đồng bộ
Dùng bộ hoà đồng bộ kiểu ánh sáng đèn: Kiểu nối tối, kiểu ánh sáng đèn quay Dùng bộ hoà đồng bộ kiểu điện từ.
a. Sơ đồ hòa kiểu nối tối
+ Thời điểm đóng cầu dao hòa: cả 3 đèn cùng tắt
+ Nếu tần số máy phát khác tần số lưới thì điện áp đặt vào các đèn bằng bao nhiêu? Bằng nhau và cùng thay đổi trong phạm vi từ 0U 2U
+ Tần số và thứ tự pha của máy phát được kiểm tra bằng chính bộ hòa gồm 3 đèn, mỗi đèn được nối giữa 2 đầu tương ứng của cầu dao hòa.
+ Nếu ánh sáng 3 đèn là quay có nghĩa là thứ tự pha của máy phát khác thứ tự pha của lưới Dùng bộ hoà đồng bộ kiểu điện từ: Khi hòa MFĐ đồng bộ kiểu điện từ, thời điểm đóng
20 4.3. Một số câu hỏi tại sao?
+ Từ trường trong khe hở không khí trong máy điện đồng bộ được sinh ra từ đâu? Từ trường tổng của từ trường cực từ và từ trường quay do dòng điện phần ứng sinh ra.
+ Tại sao lõi thép rotor được chế tạo bằng thép khối mà không cần dùng đến tôn silic như lõi thép stator? VÌ rotor dẫn từ thông 1 chiều do dòng kích từ sinh ra và giữa rôto và từ trường quay của stato không có chuyển động tương đối nên tổn hao do dòng điện xoáy (dòng fuco) nhỏ.
+ Tại sao dây cuốn phần ứng được đặt ở phần tĩnh? VÌ nếu đặt ở phần quay thì phải có thêm 3 vành trượt để đưa dòng điện ra ngoài do đó giá thành cao
+ Khi ghép song song máy phát điện đồng bộ với lưới mà không đảm bảo điều kiện thứ tự pha giống nhau thì xảy ra hiện tượng gì? xuất hiện sự chênh lệch điện áp, dòng điện cân bằng và mô men khi đó sinh ra rất lớn có thể làm gãy trục máy phát
+ Tác dụng của điện trở diệt từ nối với dây cuốn kích từ trong phương pháp tự đồng bộ khi ghép song song máy phát là gì? Làm đường dẫn cho dòng kích từ cảm ứng giới hạn điện áp ở 2 đầu cuộn kích từ
+ Khi máy phát điện đồng bộ đang làm việc song song với lưới điện, nếu tách động cơ sơ cấp kéo máy phát ra, đồng thời nối tắt hai đầu dây quấn kích thích lại với nhau thì máy sẽ làm việc như một động cơ điện không đồng bộ
+ Khi ghép song song một máy phát điện đồng bộ với lưới mà không đảm bảo điều kiện thứ tự pha giống nhau, còn các điều kiện khác đảm bảo thì sẽ xảy ra hiện tượng Trong mạch kín giữa hai pha đấu nhầm sẽ xuất hiện chênh lệch điện áp U = 2Ud, dòng điện cân bằng và mômen do nó sinh ra có giá trị rất lớn, có thể bẻ gẫy trục máy phát, làm biến dạng dây quấn
+ Khi ghép song song máy phát điện vào lưới điện bằng phương pháp tự đồng bộ, dây quấn kích thích phải được nối tắt qua điện trở diệt từ để điện trở diệt từ làm đường dẫn cho dòng kích từ cảm ứng, giới hạn điện áp ở hai đầu cuộn kích từ và máy kích từ ở mức khả năng chịu đựng được của cuộn kích từ và máy kích từ (cách điện không bị chọc thủng)
28
Chương 3: Máy điện không đồng bộ- Bài tập
+ Loại 1: Cho MĐ KDB 3 pha, cho số cực từ 2.p, tần số f1, tốc độ quay n. Tính hệ số trượt s hoặc chế độ làm việc. Tính 1 trong các đại lượng
Hướng dẫn: Sử dụng công thức sau
trong đó: f1- tần số của dòng xoay chiều 3 pha; p - số cặp cực của máy. 1 1 1 1 .100% n n n n s hay s n n
n: tốc độ quay của rotor, n1: tốc độ quay của từ trường Rồi kiểm tra
+ Chế độ động cơ điện: 0 < s < 1 + Chế độ máy phát điện: s < 0 + Chế độ hãm điện từ s > 1
+ Cho MĐ KĐB 3 pha 4 cực, tần số hệ thống điện f1=50Hz, tốc độ quay của máy điện là 1450 vg/ph. Tính hệ số trượt s và xem chế độ làm việc của động cơ
Giải: 2.p =4 => p = 2; Tốc độ từ trường: 1 1 60. 60.50 1500 2 f n p (vg/ph) Hệ số trượt: 1 1 1500 1450 0,033 1500 n n s n
Ta thấy: 0<s<1 => máy điện KĐB làm việc ở chế độ động cơ điện
+ Một động cơ điện không đồng bộ 3 pha, 6 cực làm việc với nguồn điện xoay chiều có tốc độ quay của từ trường stator là 1200 vg/ph; hệ số trượt của máy là 0,02 hỏi khi có tốc độ quay của từ trường stator là 1200 vg/ph; hệ số trượt của máy là 0,02 hỏi khi đó tốc độ quay của động cơ bằng bao nhiêu?
Giải: n1=1200, s = 0,02 => 1 1 1 n n s n => n=
+ Loại 2: Cho ĐC KĐB 3 pha đấu sao hoặc tam giác, cho công suất cơ định mức Pcơđm, Uđm, hiệu suất , hệ số công suất cos. Tính dòng điện Iđm của động cơ, tính dòng điện đi vào mỗi pha If biết dây quấn stator động cơ đấu Y, đấu Δ
Hướng dẫn: Sử dụng công thức . 3. . .cos . 3. .cos . codm dtdm dm dm codm dm dm P P U I P I U
Tính dòng điện đi vào mỗi pha: + Nếu động cơ đấu Y: If Idm + Nếu động cơ đấu Δ: If 3.Idm
p f
n 1
29
+ Một động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc có: Pđm=15kW, U1=380V, η=90%, cosφ=0,85. Dòng điện Iđm của động cơ bằng bao nhiêu? Nếu dây quấn stato đấu Y thì dòng điện đi qua mỗi pha bằng bao nhiêu? Nếu dây quấn stato đấu Δ thì dòng điện đi qua mỗi pha bằng bao nhiêu? Giải: 3 15.10 29,79 3. codm.cos . 3.380.0.85.0,9 dm dm P I U (A)
Tính dòng điện đi qua mỗi pha:
+ Nếu động cơ đấu Y: If Idm29,79 (A)
+ Nếu động cơ đấu Δ: If 3.Idm 3.29,79 51,59 (A)
+ Loại 3: Cho ĐC KĐB 3 pha, tần số f1, số cực p, tốc độ quay n. Nếu giảm điện áp đi x (x<1) thì tốc độ quay n2 bằng bao nhiêu
Hướng dẫn: Ta sử dụng công thức sau: 1 1 1 1 60.f n n n s p n 2 ' . ' s U xU s x 1 ' .(1 ') n n s
+ Một động cơ điện Không đồng bộ 3 pha, 4 cực làm việc với nguồn điện xoay chiều tần số 50Hz; người ta đo được tốc độ quay của động cơ là 1450 vg/ph. Nếu giảm điện áp đặt vào động cơ bằng 1/2 so với lúc đầu thì khi đó tốc độ động cơ bằng bao nhiêu?
Giải 1 1 50 ;2. 4 2 1 60. 60.50 1500 2 f f Hz p p n p (vg/ph) 1 1 1500 1470 0,02 1500 n n s n 2 2 1 0, 02 ' . ' 0,08 2 0,5 0,5 s U U s 1 ' .(1 ') 1500.(1 0,08) 1380 n n s (vg/ph)
Loại 4: Tính công suất cơ, công suất điện, hiệu suất của động cơ không đồng bộ 1 pha Hướng dẫn: . ; . .cos co dt dt P P P U I
+ Một động cơ không đồng bộ 1 pha có U=220V, η=91%, cosφ=0,82. Công suất cơ đầu ra của động cơ (Pcơ) là 1000W, hỏi cường độ dòng điện chạy vào động cơ (I) là bao nhiêu?
Giải: Pco .Pdt P Pdt; dt U I. .cosI
30 Hướng dẫn:
+ Khi mở máy bằng phương pháp sử dụng cuộn kháng: U’mm = k.Ul với k < 1,
I’mm = k.Imm và M’mm = k2.Mmm.
Imm, Mmm là dòng điện và mômen ứng với khi mở máy trực tiếp Umm = Uđm = U1 I’mm, M’mm: dòng điện và mô men ứng với khi mở máy bằng cuộn kháng
U1: điện áp lưới
+ Khi mở máy bằng máy biến áp tự ngẫu:
U’mm = kT.Ul I’mm = kT.Imm M’mm = kT2.Mmm. Dòng điện lấy từ lưới vào là I1 (dòng sơ cấp của BATN)
I1 = kT.I’mm = kT2.Imm I’mm là dòng thứ cấp của BATN. + Khi mở máy bằng đổi nối sao tam giác:
Khi đấu Y, điện áp pha trên dây quấn stato là: ' 1
3
mmf U
U , trong đó Ul là điện áp lưới.
Nếu mở máy trực tiếp đấu Δ thì: Ummf = Ul và Imm = 3 .Immf
1 1 1 1 ' . ; ' . ; ' ' . . 3 3 3 3 mmf mmf mm mm mm mmf mmf mm I I M M I I I I Ví dụ:
+ Một động cơ không đồng bộ 3 pha thực hiện mở máy bằng phương pháp mở máy trực tiếp, biết điện áp của lưới điện là U = 380 V và dòng điện mở máy là Imm=25 A , mô men mở máy Mmm=1000 N.m. Hỏi khi thực hiện mở máy động cơ trên bằng phương pháp mắc nối tiếp với cuộn kháng, người ta điều chỉnh điện kháng để điện áp mở máy là U’mm = 220 V thì dòng điện mở máy I’mm và mô men mở máy M’mm lúc đó bằng bao nhiêu?
Giải:
U’mm = k.Ul => k=
I’mm = k.Imm và M’mm = k2.Mmm.
+ Một động cơ không đồng bộ 3 pha thực hiện mở máy bằng phương pháp mở máy trực tiếp, biết điện áp của lưới điện là U = 380 V và dòng điện mở máy là Imm=64 A, mô men mở máy