CHƯƠNG 6 MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
6.4. Máy phát điện đồng bộ
6.4.2. Máy phát điện đồng bộ làm việc song song
Mỗi nhà máy phát điện thường gồm một số tổ máy phát điện làm việc song song vì không thể chế tạo một máy phát có công suất quá lớn và nếu chỉ dùng một máy phát thì rất lãng phí khi tải nhỏ.
Mặt khác, trong hệ thống điện thường gồm rất nhiều các nhà máy phát điện để giảm bớt chi phí lắp đặt, sửa chữa, đảm bảo cấp điện liên tục và sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng quốc gia. Đồng thời, chất lượng cấp điện (về điện áp và tần số) cũng có thể được giữ rất ổn định trên lưới điện khi tải thay đổi.
Việc ghép một máy phát điện đồng bộ làm việc song song với hệ thống điện hoặc với một máy phát điện đồng bộ khác gọi là hòa đồng bộ. Để hòa đồng bộ an toàn cho thiết bị và không gây rối loạn hệ thống điện thì trị số tức thời của điện áp máy phát điện và của lưới điện phải luôn bằng nhau, tức là phải đảm bảo các điều kiện sau:
- Trị số điện áp của máy phát phải bằng điện áp lưới UF = UL. - Tần số của máy phát phải bằng tần số lưới fF = fL.
- Thứ tự pha của máy phát và của lưới giống nhau.
- Điện áp của máy phát và của lưới trùng pha nhau.
Nếu không đảm bảo một trong các điều kiện trên sẽ làm xuất hiện dòng điện có trị số lớn chạy quẩn trong máy làm hỏng máy và gây loạn hệ thống điện.
Điện áp của máy phát được điều chỉnh bằng cách thay đổi dòng điện kích từ của máy. Tần số của máy phát được điều chỉnh bằng cách thay đổi mômen hoặc tốc độ quay của động cơ sơ cấp. Sự trùng pha được kiểm tra bằng đèn, vônmét có chỉ số không hoặc dùng dụng cụ đo đồng bộ. Thứ tự pha thì được kiểm tra một lần khi lắp máy và hòa lần đầu.
Khi hòa đồng bộ mà đảm bảo cả bốn điều kiện trên thì gọi là hòa đồng bộ chính xác. Nếu công suất của máy phát không lớn thì có thể hòa đồng bộ bằng phương pháp tự đồng bộ (không cần kiểm tra tần số, trị số và góc pha của điện áp). Lúc đầu, đây quấn kích từ không đóng vào nguồn kích từ mà được nối kín mạch qua một điện trở phóng điện. Rôto được quay đến tốc độ gần tốc độ đồng bộ rồi cứ thế đóng máy phát vào lưới điện và cuối cùng mới đóng nguồn điện kích từ vào dây quấn kích từ.
166 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 6
Câu hỏi
1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ
2. Phân tích phản ứng phần ứng với các tải khác nhau của máy phát đồng bộ
3. Viết các phương trình cân bằng và vẽ đồ thị véctơ của máy phát và động cơ đồng bộ 4. Công suất điện từ trong máy phát điện đồng bộ
5. Nguyên lý làm việc, cách mở máy và điều chỉnh cos của động cơ đồng bộ Bài tập giải sẵn
Bài tập 6.1
Máy điện đồng bộ ba pha cực ẩn, dây quấn stato đấu Y, có điện áp không tải Ud0 = 398,4V. Khi dòng điện tải I = 6A, cos = 0,8 (điện cảm) thì điện áp tải Ud = 380V. Thông số dây quấn stato R = 0, điện kháng tản Xt = 0,2. Tính s.đ.đ pha của máy phát khi không tải. Tính điện kháng đồng bộ và điện kháng phần ứng.
Bài giải:
Vì dây quấn stato đấu Y nên s.đ.đ pha khi không tải E0 bằng:
E0=Ud0
√3=398,4
√3 =230V Đặt:
U̇ = U∠00 =380
√3 ∠00 = 220∠00(𝑉)
Tải điện cảm có cos = 0,8 nên dòng điện chậm sau điện áp góc = -36,870 İ = I∠−𝜑0 = 6∠−36,870(𝐴) = 4,8 − 𝑗3,6(𝐴)
Theo phương trình cân bằng điện áp máy phát đồng bộ cực ẩn với Rư = 0 ta có:
𝑈̇ = 𝐸̇0− 𝑗𝐼̇𝑋đ𝑏 ⇒ 𝐸̇0 = 𝑈̇ + 𝑗𝐼̇𝑋đ𝑏 = 220 + 𝑗(4,8 − 𝑗3,6). 𝑋đ𝑏
⇒ 𝐸̇0 = (220 + 3,6. 𝑋đ𝑏) + 𝑗4,8. 𝑋đ𝑏
⇒ 𝐸02 = 2302 = (220 + 3,6. 𝑋đ𝑏)2+ (4,8. 𝑋đ𝑏)2
⇒ 𝑋đ𝑏 = 2,68(Ω)
Điện kháng phần ứng Xư = Xđb – Xt = 2,68 – 0,2 = 2,48() Chú ý:
Ta cũng có thể giải bằng phương pháp véctơ khi máy phát đồng bộ cực ẩn làm việc với tải điện cảm.
167 Từ đồ thị véctơ ta có:
AB = AH – BH
= √𝑂𝐴2− 𝑂𝐻2− 𝑂𝐵. 𝑠𝑖𝑛𝜑
⇒ 𝐼𝑋𝑑𝑏 = √𝐸02− (𝑈𝑐𝑜𝑠𝜑)2− 𝑈𝑠𝑖𝑛𝜑
⇒ 𝑋đ𝑏 = 2,68(Ω) Bài tập 6.2
Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn có Sđm = 1500kVA, Uđm = 6600V;
cosđm = 0,8 (chậm sau); dây quấn stato đấu Y, điện trở dây quấn stato R = 0,45;
điện kháng đồng bộ Xđb = 6.
a. Khi tải định mức hãy tính dòng điện tải, công suất tác dụng và phản kháng của tải.
b. Nếu cắt tải nhưng vẫn giữ nguyên dòng điện kích từ như trên thì điện áp đầu cực của máy phát bằng bao nhiêu?
Bài giải
a. Dòng điện định mức của tải:
Iđm = Sđm
√3Uđm = 1500.103
√3.6000 = 131,2A Công suất tác dụng của tải:
Pđm = √3UđmIđmcosφđm = Sdmcosφđm = 1200kW Công suất phản kháng của tải:
Qđm = Sđmsinφđm= 900kVAr
b. Khi cắt tải mà vẫn giữ nguyên kích từ thì điện áp pha đầu cực của máy chính là s.đ.đ không tải E0.
Theo phương trình cân bằng điện áp của máy phát đồng bộ cực ẩn có tính đến điện trở dây quấn stato ta có:
Ė0 = U̇𝑓 + İR + jİXđb Đặt:
𝑈̇𝑓 = 𝑈𝑓∠00 =6600
√3 ∠00 = 3810∠00 𝑉
İ = I∠−𝜑0 = 131,2∠−36,870(𝐴) = 104,96 − 𝑗78,72 (𝐴) 𝐸̇0 = 3810 + (104,96 − 𝑗78,72). 0,45 + 𝑗(104,96 − 𝑗78,72). 6
= 4329,55 + 𝑗594,34 (𝑉) = 4370∠7,80 (𝑉) Điện áp dây đầu cực máy phát là:
𝑈0 = √3𝐸0 = √3. 4370 = 7569 (𝑉)
168 Cách khác: Dùng đồ thì véctơ
𝐸0 = 𝑂𝐴 = √𝑂𝐻2+ 𝐻𝐴2
= √(𝑂𝐶 + 𝐶𝐻)2+ (𝐻𝐵 + 𝐵𝐴)2
= √(𝑈𝑐𝑜𝑠𝜑 + 𝐼𝑅)2+ (𝑈𝑠𝑖𝑛𝜑 + 𝐼𝑋đ𝑏)2
= 4370 𝑉
BÀI TẬP TỰ GIẢI Bài tập 6.3
Một máy phát điện đồng bộ 3 pha cực ẩn dây quấn stato đấu Y, dòng điện tải I
= 250A; cos = 0,85; Ud = 6,3kV; Ed = 6,65kV. Bỏ qua điện trở dây stato. Hãy tính:
a) Điện kháng đồng bộ Xđb.
b) Góc lệch pha giữa s.đ.đ và điện áp pha của máy.
Đáp số: a) Xđb = 1,36; b) = 4,50 Bài tập 6.4
Cho một máy phát điện đồng bộ cực lồi Pđm = 8750kW; Uđm = 11kV; dây quấn stato đấu Y; điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục của một pha Xd = 17; Xq = 9; R = 0; làm việc ở tải định mức với cosđm = 0,8. Hãy tính s.đ.đ E0 và góc tải .
Đáp số: E0 = 12,51kV; = 20,50 Bài tập 6.5
Hai máy phát điện đồng bộ làm việc song song cùng cung cấp cho hai tải: Tải 1 có St1 = 5000kVA, cost1 = 0,8; tải 2 có St2 = 3000kVA, cost2 = 1.
Máy phát thứ nhất phát ra công suất S1 = (4000 + j2500)kVA. Tính công suất của máy phát thứ hai và hệ số công suất phát của mỗi máy.
Đáp số: S2 = (3000 + j500) kVA; cos1 = 0,848; cos2 = 0,986 Bài tập 6.6
Một động cơ điện đồng bộ 3 pha cực ẩn dây quấn đấu Y, điện áp đặt vào động cơ là U = 11kV, dòng điện chạy trong dây quấn phần ứng là I = 60A, điện trở một pha của dây quấn phần ứng là R = 1, điện kháng đồng bộ Xđb = 10.
Xác định công suất tác dụng mà lưới cung cấp cho động cơ và s.đ.đ pha khi cos = 0,8 (chậm sau).
Đáp số: P1 = 913,4kW; E0 = 5,97kV
169 Bài tập 6.7*
Một nhà máy tiêu thụ công suất điện P1 = 700kW với cos = 0,7. Khi mở rộng sản xuất nhà máy có thêm một tải cơ với công suất cơ Pt = 100kW. Để kéo được tải cơ này và kết hợp nâng cao hệ số công suất của nhà máy người ta sử dụng một động cơ đồng bộ có hiệu suất = 0,88. Xác định công suất biểu kiến của động cơ đồng bộ trên để nâng cao hệ số công suất của nhà máy đạt 0,8.
Đáp số: Sđm = 154kVA
170