ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC DƯỚI TẢI pot

MỤC ĐÍCH: ♦ Quan sát đặc tính của một động cơ vận hành có tải ♦ Quan sát sự dịch chuyển cơ học của rotor khi tăng tải ♦ Xác định giới hạn tải của động cơ ♦ Quan sát ảnh hưởng của kích t

Họ và tên : ………

Lớp : ………

MSSV : ………

BÀI 8 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC DƯỚI TẢI

I MỤC ĐÍCH:

♦ Quan sát đặc tính của một động cơ vận hành có tải

♦ Quan sát sự dịch chuyển cơ học của rotor khi tăng tải

♦ Xác định giới hạn tải của động cơ

♦ Quan sát ảnh hưởng của kích từ lên khả năng mang tải của động cơ

II.TÓM TẮT LÝ THUYẾT:

Sơ đồ mạch của động cơ đồng bộ ở thí nghiệm 5 có dạng như hình 1 Trong đó, X là điện kháng đồng bộ, E0 là sức điện động cảm ứng do từ thông rotor sinh ra, E1 là điện áp đầu cực của động cơ

Hình 1

Giống như đường dây truyền tải, công suất thực cung cấp cho động cơ được cho bởi phương trình:

θ

= 1 0 sin X

E E

Ở đây, θ là góc lệch pha giữa E1 và E0 Từ công thức trên, ta thấy công suất cực đại mà động cơ có thể nhận là (E1E0)/X khi θ = 90° Công suất cơ học sinh ra ở đầu trục sẽ nhỏ hơn một ít, do tổn thất công suất trong động cơ

Góc θ sẽ thay đổi như thế nào? Góc θ tăng khi tăng tải cơ học trên động cơ, bởi vì thực tế là moment quay tăng sẽ làm cho động cơ chạy ở vận tốc thấp hơn Chiều hướng giảm tốc này được thể hiện trước tiên là sự chuyển dịch cực từ của rotor so với từ trường quay của stator Sự dịch chuyển cơ học này làm điện áp E0 trễ pha hơn E1 khi tăng tải cơ đầu trục Sự dịch chuyển cực này được quan sát với máy hoạt nghiệm đồng bộ (sẽ được xem xét ở bài thí nghiệm)

Từ phương trình P=(E1E0sinθ)/X, đối với tải và nguồn cố định thì góc θ tăng khi hạ thấp kích từ một chiều xuống Nếu cuộn kích từ được làm nhỏ vừa đủ thì θ sẽ tiến đến 90° tại thời điểm động cơ ở biên của sự mất đồng bộ

Ở máy điện cực lồi, góc pha khi động cơ mất đồng bộ nhỏ hơn 90°, thường vào khoảng 70°, do momen từ trở được tạo bởi những cực từ lồi Tuy nhiên, phương trình về công suất ở trên cho thấy sự minh hoạ rõ những gì xảy ra với một động cơ đồng bộ làm việc dưới tải

Động cơ đồng bộ và đường dây truyền tải:

Khảo sát một hệ thống gồm đường dây truyền tải có trở kháng là X1 nối với một động

cơ đồng bộ có điện kháng đồng bộ X2, sức điện động cảm ứng E0 như trên hình 2

Hình 2

Công suất truyền từ nguồn E1 đến động cơ động bộ được cho bởi phương trình:

θ +

2 1

0 1

X X

E E

Trong đó, θ là góc pha giữa E1 và E0, Pmax =E1E0/(X1+X2) là công suất cực đại có thể truyền tải, xảy ra khi θ = 90° Mặt khác, công suất truyền đến động cơ cho bởi phương trình:

α

2

0 2

X

E E P

Ở đây, E2 là điện áp ở đầu cực động cơ và α là góc lệch pha giữa E2 và E0 (xem hình 3a) nên hiển nhiên rằng góc α sẽ nhỏ hơn 90° khi công suất cực đại được truyền đi Nói một cách, động cơ sẽ mất tính đồng bộ trước khi góc pha giữa E2 và E0 đạt 90°

Bằng phương pháp lượng giác, ta có thể xác định được giá trị của α khi công suất đạt cực đại theo phương trình:

) / )(

/ (X2 X1 E1 E0

tgα=

Do đó, nếu X1 = X2 và E1 = E0 ⇒ tgα =1 ⇒ α = 45°

Hình 3

II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM :

Động cơ máy phát đồng bộ 3 pha EMS 8241

Bộ nguồn EMS 8821

Thiết bị chỉ thị chuyển dịch pha EMS 8909

III PHẦN THÍ NGHIỆM :

1 Nối động cơ/ máy phát đồng bộ ba pha vào một nguồn ba pha thay đổi và kết nối rotor với máy phát DC kích từ độc lập, nối thiết bị đo góc moment quay cơ học vào trục động cơ; bằng cách sử dụng những thiết bị cho ở hình 4 (Sử dụng hai mô-đun Watt kế/ Var kế ba pha mắc song song)

Hình 4

2 Khởi động động cơ khi chưa nối dây cua-ro vào Điều chỉnh điện áp E1 lên 380V và điều chỉnh biến trở cuộn kích từ sao cho công suất phản kháng động cơ phát ra bằng 0 Sau khi điều chỉnh, giữ nguyên dòng kích từ của động cơ (Trong điều kiện này, sức điện động cảm ứng

E0 bằng điện áp đặt E1) Sử dụng máy hoạt nghiệm điều chỉnh thiết bị đo góc momen cơ bằng

0 Cần lưu ý đến P1, Q1 và IF và ghi kết quả vào bảng 1 (Lấy tổng số đo của thiết bị đo công suất P1 và Q1)

Bảng 1

θ E1 P1 Q1 IF E0

° V W Var A V

10

20

30

40

50

60

Công suất cực đại của động cơ phụ thuộc vào E 1

3 Với E1 =380V, hãy thiết lập dòng điện kích từ bằng giá trị cho ở bảng 1 Đặt tải để độ dịch pha bằng 20° Sau đó, từ từ giảm điện áp E1 và chú ý đến độ dời pha của các cực Tại góc pha bằng bao nhiêu thì động cơ bị mất tính đồng bộ?

Điện áp E1 tương ứng khi đó bằng bao nhiêu?

E1= _ V

Công suất cực đại của động cơ phụ thuộc vào E 0

4 Để giảm dòng kích từ một cách từ từ, hãy mắc một phần tải trở nối tiếp với cuộn kích từ của động cơ đồng bộ và sử dụng hai vùng còn lại để tải máy phát điện một chiều DC Với

E1= 380V và dòng điện cuộn kích ở bảng 1, hãy đặt tải để độ dịch pha = 20° Sau đó, giảm từ từ dòng kích từ và chú ý đến độ dời pha của các cực Tại một góc pha bằng bao nhiêu thì động

cơ bị mất đồng bộ?

Dòng điện kích từ tương ứng bằng bao nhiêu?

5 Thiết lập thí nghiệm để E0 = 250V và E1=380V Xác định góc pha cũng như P1 và Q1 Ghi lại kết quả vào bảng 2

Bảng 2

θ E1 P1 Q1 IF E0

° V W Var A V

10

20

30

40

50

60

Ảnh hưởng trở kháng của đường dây truyền tải

6 Đặt E1 = 380V, E0= 380V và chú ý đến công suất thực P1 ngay trước khi động cơ mất đồng bộ Cần chú ý đến góc pha của E0 so với E1 bằng độ dịch pha của các cực

P1= W θ = °

Bây giờ, hãy mắc nối tiếp một đường dây ba pha 400Ω với động cơ và với E0 = E1

=380V Tăng tải cho đến khi động cơ mất tính đồng bộ Công suất thực P1 ngay trước khi điều này xảy ra bằng bao nhiêu?

P1= W

Góc lệch pha tương ứng giữa E0 và E1 khi đó bằng bao nhiêu?

θ = °

Khởi động máy hoạt nghiệm từ điện áp E đặt vào động cơ và lưu ý đến độ dịch pha của

α = _°

Hãy giải thích tại sao góc này lại nhỏ hơn 90°?

V CÂU HỎI KIỂM TRA:

1 Một động cơ đồng bộ ba pha 1000kW; 2,3kV có điện kháng đồng bộ bằng 2,6Ω/ pha Xác định độ dịch pha của các cực theo độ điện khi công suất động cơ đang là 500kW, biết điện áp kích từ E0 =2,3kV (điện áp dây)

2 Nếu động cơ ở câu 1 được đặt tại cuối đường dây truyền tải có điện kháng pha bằng 3Ω thì các cực sẽ dời bao nhiêu độ điện tính từ vị trí không tải, khi động cơ phát ra công suất 500kW?

Hãy cho biết công suất cực đại mà động cơ có thể tạo ra trước khi bị mất đồng bộ

3 Một máy phát đồng bộ 150MW, 12kV, cosϕ=0,8, điện kháng đồng bộ 4Ω, được kết nối với đường dây truyền tải điện qua một máy biến áp 12kV/300kV Giả sử máy phát làm việc ở chế độ định mức, hãy xác điện áp tại đầu cực của máy phát ET, sức điện động E0 và điện áp cuối đường dây truyền tải (xem hình 5)

Hình 5