giáo án giảng dạy môn hệ thống điện

Biểu diễn công suất bằng số phức Một đại lượng xoay chiều được biểu diễn dưới dạng số phức như sau trongtài liệu này các chỉ số U, I, S viết dưới dạng bình thường luôn được hiểu là đại -

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

HỒ SƠ GIẢNG VIÊN

Năm 2015

Họ và tên giảng viên:

Đơn vị: Tổ điện–điện tử, khoa Công nghệ

Kỹ Thuật,

Trang 2

, tháng 10 năm 2015

Trang 3

, tháng 10 năm 2015

Trang 5

GIÁO ÁN SỐ 01 (Lý thuyết)

Trường: Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh Năm học: 2015-2016

Môn học: Hệ thống điện Lớp:

Bài dạy: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Số tiết: 6 Ngày dạy:

I MỤC ĐÍCH Sau khi học xong bài này người học có khả năng (kiến thức, kỹ năng, thái độ): Sau khi học xong bài học này sinh viên có khả năng Nắm khái quát về công suất ở dạng phức, nguồn ba pha và đặc biệt nắm được như thế nào là hệ đơn vị tương đối từ đó vận dụng để giải các mạch điện nhiều cấp điện áp phức tạp II YÊU CẦU + Giáo viên: Bảng vẽ, bút phớt và Giáo trình

+ Học sinh: Tham dự học, thảo luận, kiểm tra, thi theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT, qui định 25/2006/QĐ-BGD&ĐT và qui chế học vụ hiện hành của nhà trường − Dự lớp: trên 75% − Bài tập: trên lớp và ở nhà − Khác: theo yêu cầu của giảng viên III TIẾN TRÌNH LÊN LỚP 1 Tổ chức lớp: (thời gian 10 phút.) + Kiểm tra sỹ số: (Thời gian: phút) Tổng số: Có mặt: Vắng mặt

+ Tên học sinh vắng: Lý do

2 Kiểm tra bài cũ: (nếu có)

3 Nghiên cứu kiến thức mới: (giảng bài mới)

Phân phối

Phương pháp, phương tiện

(thể hiện hoạt động của thầy, trò và cách sử dụng phương tiện)

T1: 45 phút N1:

1.1 Giới thiệu Tổng quan về hệ thống điện

PP1: Nêu vấn đề, diễn giải, đàm thoại, vấn đáp, trực quan.

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn giải, vấn đáp, trực quan

Trang 6

. Chương này nhằm mục đích hệ thống hóa các vấn đề cơ bản liên quan đến

năng lượng điện Các vấn đề trong chương này đã được trình bày trong một số môn

học trước đây; do đó ở đây chỉ nhắc lại để phục vụ cho môn học hệ thống điện

1.2 Công suất của mạch xoay chiều.

1.2.1 Công suất mạch xoay chiều một pha

Giả sử biểu thức điện áp và dòng điện tức thời có dạng:

u(t)=Umcos(ωt+θv)i(t)=Imcos(ωt+θi)thì công suất tức thời sẽ là:

p(t)=u(t).i(t)=Um Im

cos(ωt+θv).cos(ωt+θi)

sau khi khai triển lượng giác ta được:

p(t)= U I cos θ [1 + cos 2(ωt + θ v )] + U I sin θ sin 2(ωt + θ v ).

1.2.2 Biểu diễn công suất bằng số phức

Một đại lượng xoay chiều được biểu diễn dưới dạng số phức như sau (trongtài liệu này các chỉ số U, I, S viết dưới dạng bình thường luôn được hiểu là đại

- Trò: Nghe giảng, trao đổi

về nội dung bài giảng với các bạn trong lớp và với giáo viên Lên bảng làm bài cũ.

T2: 65 phút N2: 1.3 Trào lưu công suất – Power

Công suất chạy từ nguồn 1 sang 2:

Tổn thất công suất trên đường dây:

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn giải, vấn đáp, trực quan minh họa bài giảng thông qua các ví dụ cho kết quả

cụ thể.

Trang 7

Nếu R=0, đường dây được gọi là đường dây không tổn hao (Line losses) Khi đó

công suất thực đầy nhận bằng công suất thực đầu phát

Với các phương trình ở trên trong trường hợp tổng quát một hệ thống điển

hình có tỷ số R/X nhỏ thì:

Giải đáp các thắc mắc của sinh viên.

T3: 45 phút

N3: 1.4 Mạch ba pha đối xứng

Nguồn 3 đối xứng (hình 1.5) là do 3 nguồn hình sin một pha tạo nên, chúng

được bố trí lệch pha nhau 120o Nếu nguồn được tạo ra theo giá trị đỉnh lầnlượt là

ABC thì được gọi là nguồn 3 pha thứ tựthuận (positive phase sequence)

Ngược lạitheo thứ tự ACB thì được gọi là thứ tự nghịch (negative phase sequence)

Trong hệ thống điện, máy phát 3 pha thường được đấu sao (Y); tải có thể đấu

sao (Y) hay tam giác (∆) Điều này là

do nếu máy phát đấu tam giác thì khi xảy ra

mất đối xứng sẽ làm điện áp áp các pha lệch nhau đáng kể, xuất hiện dòng điện

quẩn chạy trong tam giác; ngoài ra còn có lý do điện áp phát ra và độ cách điện của

máy phát

cụ thể.

về nội dung bài giảng với các bạn trong lớp và với giáo viên Lên bảng làm bài cũ

T4: 90 phút N4: 1.5 Hệ đơn vị tương đối.

Ý nghĩa 1.5.1 Hệ đơn vị tương đối ra đời nhằm phục vụ cho các tính toán phức tạp của

mạng điện nhiều cấp điện áp Khi phân tích một mạng điện liên tục nhiều cấp điện

áp chúng ta phải qui đối về một cấp nào đó trong mạng; sau khi thực hiện quá trình

tính toán chúng ta phải qui đổi ngược lại để có giá trị đúng; điều này rất

cụ thể.

Trang 8

phức tạp,

dễ dẫn đến sai sót

n và nhanhchóng

1.5.2 Các đại lượng trong hệ đơn

vị tương đối Thông thường giá trị tổng trở của máy phát và máy biến áp được nhà sản

xuất cho dưới dạng phần trăm hay hệ đơn vị tương đối (per-unit: pu), thông số

đường dây cho dưới dạng Ohm Điều này sẽ dẫn đến sai sót trong tính toán

Vì vậykhi tính toán, phân tích hệ thống điện tất cả các đại lượng phải được qui đổi

về cùng

hệ đơn vị

Trong hệ đơn vị tương đối, để qui đổi chúng ta phải dùng các đại lượng cơ

bản bao gồm: điện áp cơ bản Vcb, công suất cơ bản Scb Với điện áp cơ bản giá trị

được chọn là điện áp trung bình của một cấp nào đó trong mạng;

4 Luyện tập và củng cố kiến thức: (thời gian 10 phút)

a) Nội dung củng cố

- Bài toán về trào lưu công suất

- Biểu diễn công suất bằng số phức

- Hệ đơn vị tương đối và cách ứng dụng hệ đơn vị tương đối trong hệ thống điện.

b) Phương pháp củng cố

Diễn giải – đàm thoại

5 Giao nhiệm vụ tự lực và hướng dẫn tự lực (5 phút)

- Chuẩn bị bài mới:

THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN

- Giao bài tập về nhà và nội dung bài sau để sinh viên tìm hiểu trước

IV PHẦN RÚT KINH NGHIỆM

Giảng viên giảng dạy

Trang 9

Trang 10

, tháng 10 năm 2015

GIÁO ÁN SỐ 02 (Lý thuyết)

Trường: Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh Năm học: 2015-2016 Môn học: Hệ thống điện Lớp: Bài dạy: THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN

I MỤC ĐÍCH

Sau khi học xong bài này người học có khả năng (kiến thức, kỹ năng, thái độ): Sau khi học

xong bài học sinh viên có khả năng tính toán được điện cảm, điện kháng, điện trở, điện dung và dung kháng

II YÊU CẦU

+ Giáo viên: Bảng vẽ, bút phớt và Giáo trình + Học sinh: Tham dự học, thảo luận, kiểm tra, thi theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT, qui định 25/2006/QĐ-BGD&ĐT và qui chế học vụ hiện hành của nhà trường

− Dự lớp: trên 75%

− Bài tập: trên lớp và ở nhà

− Khác: theo yêu cầu của giảng viên

III TIẾN TRÌNH LÊN LỚP

1 Tổ chức lớp: (thời gian 15 phút.)

+ Kiểm tra sỹ số: (Thời gian: phút) Tổng số: Có mặt: Vắng

mặt

T1: 45 phút N1:

2.1 Các loại dây dẫn

Thông số đường dây truyền tải điện là

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn

Trang 11

thông tin quan trọng của bài toán tínhtoán phân tích hệ thống Việc tính toán chính xác thông số đường dây sẽgóp phần

vào tính toán kết quả của các bài toánkhác về sau Thông số của đường dây bao

gồm điện trở, điện cảm (cảm kháng), điện dung (dung kháng) và dẫn nạp của đường

dây Tuy nhiên trong tính toán tùy thuộc vào từng loại bài toán mà có thể

bỏ quamột vài thông số Trong chương này người đọc cần chú ý một số ký hiệu chuyên

dụng trong tính toán thông số đường dây là:

-GMD (Geometric Mean Distance):

Khoảng cách trung bình nhân giữa cácdây dẫn và còn có ký hiệu là Dm

-GMR (Geometric Mean Radius): Bán kính trung bình nhân giữa các dâycùng pha và được ký hiệu là Ds

2.2 Điện trở đường dây

Điện trở là thông thố quan trọng của đường dây, nó ảnh hưởng đến hiệu quả

truyền tải, nó là nguyên nhân sinh nhiệt

Điện trở của dây dẫn tròn đồng nhất được xác định theo biểu thức

Khi dẫn dòng điện xoay chiều điện trở của dây dẫn tăng lên so với dẫn dòng điện

một chiều; điều này là do ảnh hưởng của hiệu ứng mặt ngoài (skin effect)

Ví dụ ởtần số 60Hz, điện trở tăng 2% do với dòng điện một chiều

Điện trở của dây cũng tăng lên khi nhiệt độ tăng với mối liên hệ như sau:

giải, vấn đáp, trực quan minh họa bài giảng thông qua các ví dụ cho kết quả

cụ thể.

T2: 135

phút

N2: 2.3 Điện cảm của đường dâyTrong phần này chủ yếu chúng ta đi tìm biểu thức xác định điện cảm L củađường dây đơn

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn

Trang 12

Điện cảm của đường dây gồm điện

cảm trong (internal inductance) và

điện cảm

ngoài (do từ thông móc vòng giữa các

dây dẫn tạo ra- chúng ta hay gọi là hỗ

cảm

-external flux linkage)

2.3.1 Điện cảm của dây đơn

(single conductor)

Điện cảm của đường dây gồm điện

cảm trong (internal inductance) và

điện cảm

ngoài (do từ thông móc vòng giữa các

dây dẫn tạo ra- chúng ta hay gọi là hỗ

cảm

-external flux linkage)

Bằng các chứng minh đơn giản ta có

được: điện cảm bên trong (hình 2.1):

Tương tự ta cũng xác định được điện

cảm bên ngoài:

Từ đó ta có điện cảm của đường dây

một pha (hình 2.2) là:

Nếu xác định theo bán kính trung bình

nhân giữa các dây cùng pha (GMR) và

qui

về điện cảm trên một km chiều dài

dây thì:

Một cách chi tiết nếu chúng ta kể đến

hỗ cảm giữa hai dây cùng pha (hình

2.3) thì giá trị điện cảm tương hỗ được

xác định như sau:

2.3.2 Điện cảm của đường dây

ba pha

2.3.2.1 Ba pha đặt đối xứng tại ba

đỉnh của tam giác đều

Chứng minh đơn giản chúng ta có

được điện cảm trên mỗi pha được xác

2.3.2.2 Ba dây pha đặt không đối

xứng trong không gian

Giá trị điện cảm trên các pha được xác

cụ thể.

Trang 13

Để đảm bảo cân bằng điện cảm trên các dây, trong thực tiển người ta thực hiện việc

hoán đổi pha như sau (hình 2.6):

2.3.3 Điện cảm của đường dây hợp nhất

2.3.3.1 Đường dây hợp nhất một pha

Trong phần này chúng ta xem xét đường dây một mà trong đó mỗi dây pha

được tạo ra từ tổ hợp các sợi dây dẫn đường dây lộ kép (trong hệ thống truyền tải

-điều này thường xảy ra)

Xét trường hợp tổng quát đường dây một pha với mỗi dây được tổ hợp của n

và m sợi tương ứng như hình 2.7

Chứng minh tương tự (Người đọc thamkhảo thêm tài liệu) ta có:

T3: 135

phút

N3: 2.4 Điện dung của đường dây

Một thông số đặc trưng của đường dây truyền tải là điện dung C Điện dungđường dây phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn, khoảng cách giữa các dây dẫn và độ caocủa chúng so với đất

Trong phần này Sinh viên tự tìm hiểu các kiến thức cơ bản về cách xác định

điện thế và hiệu điện thế (đã học trong lý thuyết trường điện từ) tài liệu này chỉ đưa

ra các biểu thức cơ bản để xác định điện dung của đường dây

2.5 Thông số của đường dây lộ kép

cụ thể.

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn giải, vấn đáp, trực quan minh họa bài giảng thông

Trang 14

Điện dung đường dây được xác định thông qua bài toán phân bố điện thếxung quanh dây dẫn Đối với đường dây tải điện, mặt đẳng thế là các mặt hình trụ

tròn và sự hiện diện của mặt đất có tác động đến mặt đẳng thế này Sự ảnh hưởng

này có thể tính toán bằng phương pháp ảnh điện (image charges) được Kelvin giới

thiệu (đã học trong lý thuyết trường điện từ)

Nhìn chung sự ảnh hưởng của đất

sẽ làm điện dung của đường dây tăng lên

Trong thực tế chiều cao của dây dẫn lớn hơn khoảng cách giữa các dây pha; chính

điều này mà ảnh hưởng này có thể bỏ qua khi phân tích mô hình đường dây đối

xứng ở trạng thái tĩnh (steady-state)

Tuy nhiên, khi phân tích ở điều kiện không đối

xứng như trạng thái sự cố thì ảnh hưởng này phải được xem xét.Mạch cộng hưởng

Học sinh, sinh viên cần hiểu và nắm các công thức tính điện trở, điện cảm, điện kháng, điện dung và dung kháng.

MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.

Trang 15

I MỤC ĐÍCH

Sau khi học xong bài này người học có khả năng (kiến thức, kỹ năng, thái độ):

Sauk hi học xong bài học này học sinh có thể phân tích đước các mô hình của các phần tử trong hệ thống điện, tính tổn thất trên đường dây, dòng điện trên đường dây

II YÊU CẦU

+ Giáo viên: Bảng vẽ, bút phớt và Giáo trình

Trang 16

+ Học sinh: Tham dự học, thảo luận, kiểm tra, thi theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT, qui định 25/2006/QĐ-BGD&ĐT và qui chế học vụ hiện hành của nhà trường

− Dự lớp: trên 75%

− Bài tập: trên lớp và ở nhà

− Khác: theo yêu cầu của giảng viên

III TIẾN TRÌNH LÊN LỚP

1 Tổ chức lớp: (thời gian 15 phút.)

+ Kiểm tra sỹ số: (Thời gian: phút) Tổng số: Có mặt: Vắng

mặt

T1: 20 phút N1:

3.1 Mở đầu

Khi phân tích mạng điện, việc đầu tiên

mà chúng ta phải làm mô hình hóacác phần tử trong chúng Các phần tử

từ ba pha, sau khi được xây dựng mô hình

tương đương và phải chuyển về sơ đồ đơn tuyến để đơn giản trong việc tính toán

Sau khi chuyển về sơ đồ đơn tuyến hệthống chỉ còn được biểu diễn bằng cácthành

phần điện trở, điện cảm và điện dung đặc trưng cho các phần tử thực ban đầu

Việc mô hình các phần tử trong

hệ thống phải đảm bảo quá trình vật

lý xảy

ra trong các mô hình thay thế phải tương đồng với quá trình xảy ra trong đối tượng

thực Tuy nhiên, quá trình thực xảy ra trong các phần tử trong hệ thống điện

là quátrình thay đổi liên tục theo thời gian

và chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu

cụ thể.

Trang 17

tố khácxảy ra trong tự nhiên Chính điều này làm cho luôn có sự sai số giữa các đápthực

xảy ra trong các phần tử và đáp ứng tính toán trên mô hình Sai số này tỷ

lệ ngịchvới mức độ phức tạp của của mô hình

Do vậy, các mô hình đưa ra trong mônhọc

hệ thống điện sẽ đặc trưng cho các quá trình cơ bản nhất của đối tượng thực cần

ba pha, hoạt động dựa trên hiện tượngcảm ứng điện từ Cực từ là các nam châm

điện (cuộn dây tạo ra từ thông gọi là cuộn kích từ -exciting coil) được gắng đồng

trục với rotor của máy phát Trên stator chứa ba cuộn dây aa’, bb’ và cc’ được đặt

lệch nhau góc 120o điện; đây là nơi hình thành sức điện động phần ứng (xem hình

minh họa 3.1)

Khi làm việc rotor (cực từ) quay với vận tốc góc ω, từ thông móc vòng Øtrên mỗi cực từ quét qua mặt phẳng khung dây stator biến đổi Nếu giả thiết ban đầu

chúng ta chọn trục chuẩn vuông góc với mặt phẳng khung dây của cuộn aa’ thì từ

thông móc vòng xuyên qua cuộn aa’

được xác định theo biểu thức:

Nếu mạng điện ba pha đối xứng thì dòng điện phần ứng trên mỗi pha

cụ thể.

Trang 18

đượcxác định (giả thiết lấy pha a làm chuẩn và dòng điện pha a trễ pha so với điện áp

một góc là ψ)

ia = Imaxsin(ωt-ψ)

ib = Imaxsin(ωt-ψ-2π/3)

ic = Imaxsin(ωt-ψ-4π/3) Phương trình điện áp ngoài trên mỗi pha (viết cho pha pha) của của máy phát

điện đồng bộ ba pha được xác định theo biểu thức (Người đọc xem tham khảo thêm

trong lý thuyết máy điện):

U = E – (Ra+jXs)Ia

T3: 135

phút

N3:

3.3 Mô hình máy biến áp

Máy biến áp là thành phần quan trọng trong một hệ thống điện Chúng đưa

điện áp thấp từ máy phát tạo ra lên rất cao để truyền tải nhằm mục đích tăng hiệu

suất truyền dẫn Ở đầu cuối của hệ thống máy biến áp lại làm nhiệm vụ biến đổi từ

điện áp rất cao xuống điện áp thấp phụ hợp cho đối tượng sử dụng Trong

hệ thốngđiện năng lượng có thể truyền qua 4 đến 5 máy biến áp kể từ nguồn phát đến hộ tiêu

thụ Điều này dẫn đến công suất lắp đặt máy biến áp trong lưới điện nhiều hơn 5 lần

công suất của máy phát điện

cụ thể.

tải cũng như cách xác định chúng

Trang 19

Phần này chúng ta sẽ xem xét mô hình tổng trở

của đường dây truyền tải trong phân tích hệ thống điện Trong hệ thống điện đường

dây truyền tải được chia thành ba loại theo chiều dài truyền tải của đường dây là

đường dây ngắn (short line), trung bình (medium line) và đường dây dài (long line)

Chú ý rằng các phân tích dưới đây đềugiải quyết trên đại lượng pha của đường dây

4.4.1 Mô hình đường dây ngắn

Đường dây được gọi là ngắn khi có chiều dài truyền tải không quá 80kmhoặc điện áp không quá 69kV Đối với đường dây này khi phân tích chúng ta

có thể

bỏ qua điện dung của đường dây;

tổng trở của đường dây chỉ còn là điệntrở nối tiếp

với điện kháng và được mô hình như hình (3.22)

4.4.2 Mô hình đường dây trung bình

Đường dây được gọi là ngắn khi có chiều dài truyền tải không quá 80kmhoặc điện áp không quá 69kV Đối với đường dây này khi phân tích chúng ta

có thể

bỏ qua điện dung của đường dây;

tổng trở của đường dây chỉ còn là điệntrở nối tiếp

với điện kháng và được mô hình như hình (3.22)

cụ thể.

T5: 45 phút N5:

3.5 Mô hình phụ tải điện

cụ thể.

Trang 20

Nêu lên phần quan trọng của bài Học sinh, sinh viên cần hiểu và nắm mô hình máy phát, mô hình máy biến áp, mô hình đường day ngắn, mô hình đường dây trung bình và mô hình đường dây dài.

BÀI TOÁN PHÂN BỐ TRÀO LƯU CÔNG SUẤT

Định dạng
Số trang	41
Dung lượng	108,18 KB