CHƢƠNG II : MÁY ĐIỆN
d. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
2.2 MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
2.2.2. Nguyên lý làm vệc của máy điện đồng bộ
Cho dòng điện kích từ (dòng điện không đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường roto, khi quay roto bằng động cơ sơ cấp, từ trường của roto sẽ cắt dây quấn phần ứng stato và cảm ứng suất điện động xoay chiều hình sin có trị số hiệu dụng là:
0 4, 44. . .1 dq. 0
E f w k
Trong đó: E
0, w1, kdq,
0 là s.đ.đ pha, số vòng dây một pha, hệ số dây quấn, từ thông cực từ rotor. Nếu rotor có p đôi cực thì tần số của s.đ.đ sẽ là:
. f p n Hz, n tính bằng vòng / giây. . 60 p n f Hz, n tính bằng vòng / phút.
Dây quấn 3 pha stato có trục lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện cho nên sđđ các pha lệch nhau góc pha tương tự. Khi dây quấn stato nối với tải trong các dây quấn sẽ có dòng điện 3 pha giống như ở máy điện không đồng bộ, dòng điện 3 pha trong 3 dây quấn sẽ tạo nên từ trường quay với tốc độ n1 60f
p
đúng bằng tốc độ n của roto. Do đó được gọi là máy điện đồng bộ.
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 57 Khi máy phát điện làm việc, từ trường của cực từ rotor F
0 cắt dây quấn stator cảm ứng ra sức điện động E
0 chậm pha so với
0 một góc 900. Dây quấn stator nối với tải tạo nên dòng điện I cung cấp cho tải. Dòng điện I trong dây quấn stator tạo nên từ trường quay phần ứng. Góc lệch pha giữa E0 và I do tính chất của tải quyết định, tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng.
b. Các đường đặc tính của máy phát điện đồng bộ
- Đặc tính không tải
U0 = E0 = f (Ikt) khi Itải = 0, n = const ( f = const) Ta có: E0 = 4,44f.W1.kdq.φ0 = K.φ0
Đặc tính không tải là đường φ0 = f (Ikt), gọi là đường cong từ hóa vật liệu sắt từ. - Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ
Mối quan hệ giữa điện áp U trên cực máy phát và dòng điện tải I khi tính chất tải cost không đổi, tần số f và dòng điện kích từ Ikt không đổi.
U = f(I) khi Ikt = const, n = const (f = const), cost = const Đặc tính ngoài của máy phát phụ thuộc tính chất của tải.
- Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ
Mối quan hệ giữa dòng điện kích từ với dòng điện tải điện áp U bằng điện áp định mức, tần số f và tính chất tải không đổi.
Ikt = f (I) khi U = const, n = const (f = const), cost= const
c. Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ
- Điều kiện làm việc song song
Điện áp của máy phát bằng và trùng pha với điện áp lưới. Tần số máy phát phải bằng tần số lưới.
Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự pha của lưới.
Nếu không đảm bảo các điều kiện trên sẽ có dòng điện lớn chạy quẩn trong máy, phá hỏng máy.
- Các phương pháp hòa đồng bộ chính xác
Dùng bộ hoà đồng bộ kiểu ánh sáng đèn. Dùng bộ hoà đồng bộ kiểu điện từ.
b.1 Hoà đồng bộ bằng bộ hoà đồng bộ kiểu ánh sáng đèn
Bộ hoà này dùng cho các máy phát điện có công suất nhỏ. Có hai kiểu nối các đèn trong bộ hoà: kiểu nối “tối” (Hình 2.11a) và kiểu ánh sáng đèn “quay” (Hình 2.11b).
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 58 Hình 2.11a: Sơ đồ hoà đồng bộ MFĐ dùng bộ hoà nối theo kiểu nối “tối” Trong sơ đồ hình 4.3a, F
1 là máy phát điện đang làm việc, F
2 là máy phát điện cần ghép song song với máy phát F
1. Bộ hoà kiểu ánh sáng đèn được hình thành bởi ba ngọn đèn 1, 2, 3.
Các đèn của bộ hoà được nối giữa hai đầu tương ứng của cầu dao D 2. Trong quá trình hoà, phải điều chỉnh đồng thời điện áp U
F và tần số f
F của máy phát F
2.
Điện áp máy phát U
F được kiểm tra theo điều kiện U F = U
L bằng vôn mét V có cầu dao đổi nối.
Tần số và thứ tự pha được kiểm tra bằng bộ đồng bộ với ba đèn 1, 2 và 3.
- Điện áp đặt vào ba đèn chính là hiệu số các điện áp pha tương ứng của máy phát và của lưới (Hình 6.3b).
- Hai hình sao điện áp của máy phát và của lưới đang quay với tốc độ ω
F = 2πf F và ωL = 2πf L. - Khi tần số f F ≠ f L thì điện áp đặt vào các đèn U F – U L sẽ có tần số f F – f L.
- Nếu thứ tự pha của máy phát và của lưới giống nhau thì điện áp đặt vào ba đèn sẽ giống nhau và thay đổi trong phạm vi 0 ≤ ΔU ≤ 2U
F, cả ba đèn sẽ cùng tối và cùng sáng như nhau với tần số f
F – f L. - Điều chỉnh tần số f
F của máy phát F
2 sao cho chu kỳ sáng và tối bằng 3 ÷ 5 giây, chờ lúc các
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 59 đèn tắt hẳn (là lúc điện áp của máy phát và của lưới trùng pha nhau) thì đóng cầu dao hoà D
2,
việc ghép song song máy phát với lưới được hoàn thành.
Hoà đồng bộ bằng bộ hoà nối theo kiểu ánh sáng đèn “quay”
Khi hoà đồng bộ theo kiểu ánh sáng đèn “quay” (Hình 7.3b) thì hai trong ba đèn phải được nối vào các đầu không tương ứng của cầu dao D
2, ví dụ đèn 2 và đèn 3. Nếu thứ tự pha giống nhau thì khi tần số f
F ≠ f
L, các đèn 1, 2, 3 sẽ lần lượt thay nhau sáng, tối tạo thành ánh sáng đèn “quay”.
Sở dĩ như vậy là vì điện áp đặt vào các đèn không bằng nhau, chúng thay đổi lần lượt trong phạm vi 0 ≤ ΔU ≤ 2U
F như trên hình 4.4a. Khi f
F > f
L, ánh sáng quay theo chiều này thì khi f F < f
L ánh sáng quay theo chiều ngược lại. Điều chỉnh cho f F = f L và tốc độ ánh sáng quay thật chậm (f F ≈ f L), chờ đến khi đèn không nối chéo (đèn 1) tắt hẳn, các đèn nối chéo (2 và 3) sáng bằng nhau (đó là lúc các điện áp của máy phát và của lưới trùng pha nhau) thì đóng cầu dao hoà D
2. Nếu thứ tự pha giống nhau thì khi tần số f
F ≠ f
L, các đèn 1, 2, 3 sẽ lần lượt thay nhau sáng, tối tạo thành ánh sáng đèn “quay”.
Sở dĩ như vậy là vì điện áp đặt vào các đèn không bằng nhau, chúng thay đổi lần lượt trong phạm vi 0 ≤ ΔU ≤ 2UF như trên hình 7.4b.
Khi f F > f
L, ánh sáng quay theo chiều này thì khi f F < f
L ánh sáng quay theo chiều ngược lại. Điều chỉnh cho f F = f L và tốc độ ánh sáng quay thật chậm (f F ≈ f L), chờ đến khi đèn không nối chéo (đèn 1) tắt hẳn, các đèn nối chéo (2 và 3) sáng bằng nhau (đó là lúc các điện áp của máy phát và của lưới trùng pha nhau) thì đóng cầu dao hoà D
2.
Chú ý: Khi hoà dùng bộ hoà kiểu ánh sáng đèn, nếu nối theo sơ đồ nối “tối” mà
nhận được kết quả là ánh sáng đèn “quay” hoặc khi nối theo sơ đồ ánh sáng đèn “quay” mà kết quả nhận được các đèn cùng sáng cùng tối thì thứ tự pha của máy phát đã khác thứ tự pha của lưới. Trong trường hợp đó chỉ cần tráo hai trong ba pha của máy phát điện nối với cầu dao D
2 là được.
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 60 Hoà đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu điện từ
Ở các nhà máy điện có đặt các máy phát có công suất lớn, để kiểm tra các điều kiện ghép song song máy phát điện vào lưới người ta dùng bộ đồng bộ kiểu điện từ, gọi là cột đồng bộ.
Cột đồng bộ gồm ba dụng cụ đo sau: một vôn mét có hai kim, một kim chỉ U F và một kim chỉ U
L, một tần số kế có hai kim để chỉ đồng thời tần số máy phát f
F và tần số lưới f
L và một đồng bộ kế làm việc theo nguyên lý từ trường quay có kim quay với tần số f
F – f
L. Tốc độ quay của kim đồng bộ kế phụ thuộc vào trị số fF – f
L, chiều quay của kim thuận hay ngược chiều kim đồng hồ tuỳ thuộc vào f
F > f
L hay f F < f
L. Trong quá trình hoà, điều chỉnh cho f
F = f
L và kim quay thật chậm (f F ≈ f
L), thời điểm đóng cầu dao hoà là lúc kim của đồng bộ kế trùng với vạch thẳng đứng và hướng lên trên.
-Phương pháp hoà tự đồng bộ
Ghép song song máy phát với lưới điện thep phương pháp tự đồng bộ được tiến hành như sau:
Quay máy phát không được kích thích (U
F = 0) với dây quấn kích thích được nối tắt qua điện trở diệt từ đến tốc độ xấp xỉ tốc độ đồng bộ (sai khác khoảng 2%), không cần kiểm tra tần số, trị số và góc pha của điện áp, đóng cầu dao ghép máy phát vào lưới điện. Sau đó lập tức đóng kích thích cho máy phát điện, do tác dụng của mômen đồng bộ, máy phát được lôi vào đồng bộ (f
F = f
L), việc ghép máy phát vào làm việc ghép máy phát vào làm việc song song với lưới được hoàn thành.
Tuyệt đối không được đóng stator của máy phát điện vào lưới theo phương pháp tự đồng bộ khi mạch kích từ hở mạch vì lúc ấy trong cuộn dây kích từ sẽ cảm ứng ra một s.đ.đ lớn có thể làm hỏng cách điện. Phương pháp tự đồng bộ cho phép hoà đồng bộ nhanh chóng khi cần xử lý khẩn cấp. Tuy nhiên có khuyết điểm là dòng điện đóng cầu dao khá lớn.
Trục của máy bù đồng bộ có thể nhỏ vì không kéo tải cơ.
Tài liệu giảng dạy môn học Kỹ thuật Điện – Điện tử 61