Bài giảng kỹ thuật điện phần 3 hệ thống năng lượng

1.GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY CHIỀUn 1878 các trạm phát điện và phụ tải điện chiếu sáng hình thành n 4/9/1882 máy phát điện một chiều dẫn động bằng động cơ hơi nước khởi đầu ngành c

KỸ THUẬT ĐIỆN

PHẦN 3

HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG

HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG

CHƯƠNG 10 HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY

CHIỀU

1.GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

n 1878 các trạm phát điện và phụ tải điện chiếu sáng hình thành

n 4/9/1882 máy phát điện một chiều dẫn động bằng động cơ hơi nước khởi đầu ngành công nghiệp cung cấp năng lượng điện.

n Các HTĐ 1 chiều của Edison đã được phát triển thành HTĐ 1 chiều

ba dây 220V

n 1885 William Stanley phát minh MBA

n 1889 Đường dây điện xoay chiều 1 pha đầu tiên (21 km, 4 kV) vận hành ở Mỹ, giữa thành phố Oregon và Portland.

n 1888 Nikola Tesla đưa ra HTĐ nhiều pha

n 1893 Đường dây ba pha đầu tiên (12 km, 2,3 kV) trên đất Mỹ đã vận hành tại California

n Các nguồn năng lượng

n Than đá, khí gas, dầu … ( dùng cho các nhà máy turbin hơi)

n Thủy điện

n Hạt nhân

n Mặt trời, sức gió, thủy triều…

n Các cấp điện áp và tần số

n Ngày nay có 2 tần số chuẩn cho việc sản xuất :

+ 50Hz ( ở Châu Âu, Liên Xô trước đây, Ấn Độ, Việt Nam….) + 60Hz ( Mỹ, Canada, Nhật…)

n Điện áp truyền tải tăng một cách đều đặn :115, 138, 161, 230, 345

500 và hiện nay là 765 kV, Các điện áp siêu cao (ultrahigh voltage

- UHV) trên 1000kV hiện nay đang trong giai đoạn nghiên cứu

1.GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

2 HỆ THỐNG ĐIỆN 1 PHA VÀ 3 PHA

n Ưu điểm của hệ thống 3 pha:

n Công suất tức thời của mạch điện một pha dao động

gây nhiễu không mong muốn trong máy điện một pha

n Mạch ba pha đối xứng thì công suất tức thời là không

đổi, không đập mạch và có thể bỏ qua tác động xấu của đập mạch tới các thiết bị nguồn và tải

P = √3 ILVLcosФ

n Công suất truyền tải 3 pha lớn hơn 1 pha

Chi phí đầu tư thấp hơn 1 pha…

rms rms rms rms

( ) cos cos (2 )

n Công suất:

n Công suất phức:

n Hệ số công suất:

hệ số công suất trễ pha, sớm pha

n Công suất 3 pha:

n Phụ tải công nghiệp: PF trễ và vấn đề cải thiện PF

f f

Z V I Z

I Z

* I I

* I V jQ P

3 HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN

PHỐI ĐIỆN NĂNG

Tiêu thụ Tiêu thụ

Đến các thành viên khác

Đến các thành viên khác

Mạch phân phối

(Sơ cấp)

(Thứ cấp)

Máy biến áp phân phối

3 HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN

PHỐI ĐIỆN NĂNG

n Phụ tải điện: Máy phát

Máy biến áp Thanh cái Máy cắt Dây truyền tải

Chỉ số của dây

Đến thanh cái số 6

Chỉ số của thanh cái (nút)

Tải

Dây nối với hệ

3 HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN

PHỐI ĐIỆN NĂNG

n Hiệu suất truyền tải: là tỉ số của P truyền đến nút

nhận cuối cùng với P được truyền đi từ nút phát cuối cùng

n Điều chỉnh điện áp:

năng danh định lớn nhất trong một khoảng thời gian đã

Tải

Mô hình đơn giản của một hệ thống điện.

Trở kháng đường dây

Thanh cái nguồn (phát cuối) Thanh cái tải(nhận cuối)

3 HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN

PHỐI ĐIỆN NĂNG

CHƯƠNG 11 MẠCH TỪ VÀ MÁY BIẾN ÁP

1. Vật liệu từ

2. Mạch từ

3. Mạch điện tương đương của MBA

4. Đặc tính của máy biến áp

5. Máy biến áp 3 pha

6. Máy biến áp tự ngẫu

Vùng III( phi tuyến)

Bão hòa Điểm làm việc phổ biến

Đặc tính từ hóa điển hình được chia làm ba vùng

Phsecond = h m1.5¸2

B Vf

k

2 MẠCH TỪ

n Mạch từ tạo ra đường dẫn cho từ thông, cũng giống

như mạch điện tạo ra đường dẫn cho dòng điện

từ thông lõi sắt

Khe hở không khí

từ thông tản

Dòng điện I

Từ thông diềm stđ

2 MẠCH TỪ

n Sức từ động:

= N.I =HC lC

l d H

n Sự khác nhau giữa mạch từ và mạch điện:

n Từ trở không tiêu tốn năng lượng

n Từ thông có các đường từ thông tản và từ thông diềm

n Không có vật liệu cách từ

3 MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA MÁY

N e

E V

1 2

1

a N

N v

v i

1

2 1

2 2

a N

N V

V I

1

2 1

2 2

Máy biến áp lý tưởng

3 MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA MÁY

BIẾN ÁP

Máy biến áp thực

• Tổn hao lõi sắt

• Tổn hao đồng

4 ĐẶC TÍNH CỦA MÁY BIẾN ÁP

n % điện áp biến đổi =

FL 2 NL

V

V V

2

100%

100% ( )

công suất tác dụng đầu ra x

công suất tác dụng đầu vào

công suất tác dụng đầu ra xcông suất tác dụng đầu ra tổn hao lõi tổn hao đồng I R

h =

=

5 MÁY BIẾN ÁP BA PHA

n Cách đấu nối: Y – ∆, ∆ – Y, ∆ – ∆ và Y – Y

6 MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU

N I

I V

V = = =

2

1 1

2 2

1

n Ưu nhược điểm:

CHƯƠNG 12 ĐiỆN CƠ

1. Các nguyên lý cơ bản

2. Sức điện động

3. Từ trường quay

1 B

m

2 0 1

e = + l = + f

dt

d N dt

d

e = - l = - f

2

p

fN fN

n Máy điện một chiều:

Các chổi trên vành góp (không biểu diễn)

Trục ngang, trục của stđ hay từ trường stator

Trục đứng, trục của stđ rotor

Phần ứng

Mạch từ

Cuộn dây kích từ

Cuộn dây kích

n Một dây dẫn:

Z dây dẫn và α nhánh song song:

2 SỨC ĐIỆN ĐỘNG

-120 o ) + F m cos (θ -240 o ) cos (ω s t -240 o)

2 SỨC ĐIỆN ĐỘNG

Á

3 TỪ TRƯỜNG QUAY

n Từ trường quay trong dây quấn một pha

Dây quấn một pha mang dòng điện xoay chiều tạo ra từ

thông đập mạch đứng yên hoặc các từ thông quay tương

CHƯƠNG 13 MÁY ĐIỆN QUAY

1. Các khái niệm cơ bản của máy điện quay

2. Máy điện không đồng bộ

1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

n Chế độ động cơ: Điện áp đầu vào v sinh ra dòng )i ện trong các cuộn dây ngược với sức điện động phát sinh e.

n Chế độ máy phát: Sức điện động phát sinh e tạo ra dòng

điện ngoài cuộn dây ngược chiều với điện áp đầu cực

n Chế độ hãm: Tổng năng lượng đầu vào bị tiêu tán dưới

dạng nhiệt năng Máy điện được điều khiển bởi momen

bên ngoài T, trong khi đó momen i ện từ T e aiện từ ngược

chiều với T

n Máy điện đồng bộ:

n Nguyên lý hoạt động

n Tốc độ đồng bộ:

2/

2

P

f

s m

pw

1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

n Máy điện không đồng bộ:

không có hiện tượng cảm ứng xảy ra vì không có sự

chuyển động tương đối giữa từ thông và các thanh dẫn

roto Vì vậy, ở tốc độ ồng bộ, giá trị của sức từ r ộng thứcấp bằng không và không sinh ra momen; do vậy, , ộng cơ

s

m s

n

n n S

Dạng đường cong momen – tốc độ cơ bản (hay đặc tính momen –

độ trượt)

1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

n Máy điện một chiều:

n Nguyên lý hoạt động

n Các loại máy điện một chiều:

Biến trở kích thích Biến trở

kích thích

Nguồn DC

Kích thích song song

Phần ứng

Phần ứng

1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

2 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

n Mô hình mạch của động cơ không đồng bộ

n Biểu đồ năng lượng của động cơ không đồng bộ

2 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

n Đặc tính cơ

2 ' 2

'' 1 2

' 2

'' 1

1 '

2

) (

)]

/ (

a

X X

S R R

V I

+ +

+

=

2 ' 2

'' 1 2

' 2

'' 1

' 2

2 1 1

) (

)]

/ ( [

) / ( 1

l

a

S R V m T

+ +

+

=

w

2 '' 2

'' 1 2

'' 1

' 2 max

) (

)

T

X X

R

R S

+ +

=

2 ' 2

'' 1 2

'' 1

'' 1

2 1 1 max

) (

) (

5 0 1

l

a

V m T

+ +

n Phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ

2 ' 2

'' 1 2

' 2

'' 1

1 '

2

) (

)]

/ (

a

X X

S R R

V I

+ +

+

=

n Khi khởi động động cơ không đồng bộ, s = 1 nên dòng điện rấtlớn Có thể hạn chế dòng khởi động theo các phương pháp sau:

n Giảm điện áp khởi động bằng cách khởi động sao – tam

giác, khởi động qua biến áp tự ngẫu, khởi động qua tổng

BÀI TẬP

n 10.2.1 – 10.2.10

n 10.3.2

BÀI TẬP

1. Một nhà máy công nghiệp 1 pha gồm 2 tải mắc

song song P1=48kW, PF1=0,6 trễ pha; P2=24kW,

PF2=0,96 sớm pha Tải được cấp điện từ nguồn

500V, 60Hz Để tăng hệ số công suất lên bằng 1, mắc thêm tụ C Tính giá trị C và dòng điện tổng lấy

từ nguồn

BÀI TẬP

2. Một tải 3 pha công suất 120kW, 60Hz, PF=0,85 trễ

pha được nối vào thanh góp 440V Để nâng hệ sốcông suất lên 0,95 ta mắc thêm một tụ điện ba phahình Y Tính điện dung mỗi pha của tụ điện

BÀI TẬP

n 11.2.1; 11.2.3; 11.2.4

n 11.3.1; 11.3.2; 11.3.3; 11.3.4; 11.3.5; 11.3.6

n 11.4.1 – 11.4.4; 11.4.6 – 11.4.17

n 11.5.1; 11.5.2; 11.5.4 – 11.5.7

n 11.6.3 – 11.6.6

BÀI TẬP

1. MBA 1 pha 10kVA, 4800:240V, 60Hz có trở kháng

nối tiếp tương đương quy đổi về phía (sơ cấp) điện

áp cao là 120 + j300 Ω Bỏ qua dòng từ hóa của

BÀI TẬP

1. MBA 1 pha 100 kVA, 2300:230 V, 60 Hz có các

thông số như sau: R1 = 0,30 Ω, R2 = 0,003 Ω, RC1 = 4,5 kΩ, X1 = 0,65 Ω, X2 = 0,0065 Ω, Xm1 = 1,0 kΩ, trong đó kí hiệu 1 và 2 tương ứng với phía cao áp

và hạ áp Lập sơ đồ tương đương hình T của máy

biến áp và tính dòng điện, điện áp, công suất đầu

vào và hệ số công suất khi máy biến áp làm việc vớitải 75 kW ở điện áp 230 V và hệ số công suất 0,85 trễ pha

BÀI TẬP

2. MBA 300 kVA có tổn hao lõi sắt là 1,5kW và tổn hao

đồng khi đầy tải là 4,5 kW

a) Tính hiệu suất cho MBA với tải 240kW ở hệ số công

suất 0,8

b) Tính tỉ lệ của tải để đạt hiệu suất lớn nhất và tính

các hiệu suất đó ứng với hệ số công suất 0,8

BÀI TẬP

n 12.1.4 – 12.1.8

n 12.2.1; 12.2.5; 12.2.6

n 12.3.3

BÀI TẬP

1. MFĐ đồng bộ nối Y,60Hz, 2 cực, cuộn stator có Na

=12 mỗi vòng dây có từ thông bằng 0,8Wb

a) Tính rms của điện áp sinh ra ở mỗi pha

b) Giá trị rms của điện áp dây

BÀI TẬP

2. MF đồng bộ 3 pha, hai cực, mỗi pha có cuộn dây 15

vòng Dòng điện các pha: ia =100cos377t, ib

=100cos(377t-1200), Ic =100cos(377t-2400) Tính

a) Giá trị đỉnh của thành phần stđ cơ bản trong mỗi

cuộn dây

b) Stđ tổng

BÀI TẬP

3. Phần ứng của máy điện 1 chiều 4 cực có dây quấn

vành góp xếp đơn (số nhánh song song bằng số

cực) với 2 cuộn dây, mỗi cuộn 120 vòng Từ thôngmỗi cực là 0,02Wb Tính điện áp một chiều đầu rachổi than nếu máy chạy ở tốc độ 1800v/ph

BÀI TẬP

n 13.1.1 - 13.1.3; 13.5; 13.1.6; 13.1.8 – 13.1.10

n 13.2.1; 13.2.2; 13.2.8; 13.2.10

BÀI TẬP

1. ĐC KĐB 3 pha, 60Hz chạy ở tốc độ 1800v/ph khi

không tải và 1719v/ph khi đầy tải

a) Máy điện bao nhiêu cực

b) Độ trượt khi đầy tải

c) Tần số của điện áp rotor khi đầy tải