Máy điện tàu thủy tập 2 thân ngọc hoàn

Giá trị cực đại cùa tìt trường chính nằm ở dưới các cực trẽn trục d - dỳ còn s tđ phản ứng phần ứng F._ có giá trị cực đại trên trục q - q \ Diều này làm cho sự phân bố cảm ứng tít trong

PGS.TS TH Â N N G Ọ C HOÀN

MÁY ĐIỆN TÀU THUỶ

(TẬP II)

CHƯONG ! 2MÁY ĐIỆN ĐỒNG BÔ

1 2 í M ỏ DẦUMáy điên (lồng hô là loại máy điôn xoay chiều có tốc đỏ quay của rổ tô bàng tốc đó từ t rường íịuav t ĩ ầu hết các máy đòng hạ làm việc như máy phát, có tần sú 50 Hz hoặc 60 Hz Máy điên đồng bộ cũng co' t h ế làm việc như động cơ đòng

bộ công suất lớn Máy điện đồng bộ còn được dùng làm máv

bù đông bô n h à m cải thión công suât k h án g của lưới (ỉiộn một xí nghiệp ha)' một n h à máy

Sư khác nhau căn M n giữa máy (liên đong bò và không đồng bô là ờ phương pháp kích thích tao tư t rường chinh cho máy 0 máy p há t điện đòng bộ từ t rương chính được sinh ra

do dòng một ehiôu chạv qu a cuôn đâv kích từ, do dó máy đong bộ không cần lấy công suât ph:\n k há ng tĩí lưới điộn xoay chien; còn ớ tnáv diện không đồng bộ phủi lấy công suât phản kháng ờ lưới diên xoay chiêu hoác t ao bàng tư (lien

12.2 CẤU TẠO MẤY D I Ệ N D ồ N Í Ĩ BỘ

Căn cứ vào chức nâng máy điện dồng bô co' t hế d ú a t h à n h phần cám và phan ứng : P h ần cảm tao ra t ừ t rường chinh (phân kích t.ìn và phân ứng - phan tao ra dòng diên xoay chien

Căn cứ vào cấu tao máy điện đồng bộ có th ể chia thành phần tỉnh : Stato và rô to (phần quay) Về nguyên tắc phần tĩnh cđ th ể là phần cảm, cững cđ thể là phần ứng và rô to cững cổ th ể là phần ứng hoặc là phần cảm.

Tuv nhiên nếu phần ứng ở rô to thỉ phải lấy dòng điện xoay chiều ra qua vành trượt nên gặp kho' khăn trong việc giải quyết tia lửa điện VI vậy phần ứng đặt ở rô to chl có

ở những máy công suất nhỏ hoặc loại 1 pha Các máy còn lại rô tc làm nhiệm vụ phàn câm

Cấu tạo phăn tĩnh

Nếu phần cảm nằm ở stato thì

lá thép cò dạng h ìn h 12.1, cuộn dây

được quẵn quanh cực từ

Còn nếu stato đdng vai trò là

phàn ứng thl mạch tíl gòm các lá

thép điện kỹ thuật ghép lại với nhau,

phía trong cổ đ ật cốc rãnh để đặt

cuộn dây Ngoài mạch tĩí là vỏ bằng

gang Cấu tạo của stato lúc này

giống như stato của máy điện không

đồng bộ

Nếu rồ to là phần cảm thl chia làm 2 loại :

' Rô to cực ổn : Lõi thép là 1 khối thép rền hỉnh trụ, m ặt ngoài phay thành các ranh để đ ạt dây quấn kích từ (hình

12.2) Cực tìí rô to cực ẩn không lộ ra rõ rệt Dây quấn kích

tìí đật đều trên chu vi rô to và chiếm 2/3 chu vi Với cấu tạo như trẽn rô to cực ắn cổ độ bền cơ học rấ t cao, dây quấn kỉch thlch rấ t vững chắc do đđ các loại máy đồng bộ co' tốc

độ từ 1500 v/p trở lên đều được chế tạo thành rô to cực ẩn, mặc dù có phức tạp và khó khăn hơn rô to cực lồi (hiện)

/ Ctrện kích từ

H ình 12.1

Hình 12.2

- Rô to cực hiện : Lõi thép gôm những lá thép điện kỹ

thuật ghép lại vóti nhau, các cực tìí hiện ra rõ rệt Phía ngoài cực tĩí là mỏm cực, co' tác dụng làm cho cưòng (lộ tỉí cảm

phân bô dọc theo stato rấ t gân vói hình sin (hình 12 2) Dáy

Hình 12.3

quấn kích thích quấn trên các cực tỉí hai đâu cuộn dây nối với 2 vành trượt qua 2 chổi than tới nguồn điện 1 chiêu bẽn ngoài Những máy đòng bộ có tốc độ nhỏ hơn 1000 v/p rò to thường là loại cực lồi

5

vỏ máy có gán bảng định mức chứa các thông sô sau :

Trên hình 12.4 biểu diễn sơ đô máy phát điện đông bộ 3

pha 2 cực Cuộn dây phàn ứng đật ở stato còn cuộn dây phần cám dật ở rô to Cuộn dày kích từ được nổi với nguồn kích

từ (dòng 1 chiêu) qua hệ thống chổi than

Dế nhận được điện áp

3 pha trên chu vi stato ta

đặt 3 cuộn dầy cách nhau

120° và được nối sao (có

thể nổi tam giác) Dòng

điện một chiêu tạo ra tìl

trường không đổi Bây giò

thông này cắt các thanh dẫn phàn ứng làm xuất hiện trong

Tàn số biến thiên («)) của các sđđ nàv phụ thuộc vào tốc

độ quay của rô to Nếu số cặp n ie là p thì tan số liiốn thiên

60 f

Thay (12.1) vào (12.2) ta có n = n |( Nghĩa l.à trong máy đồng bõ tốc tịộ quay cùa rô to (tốc độ quay cùa từ trưíing kích từ) và tộc độ quay cùa tìí trưồng tfti bằng nhau Hai tít trường này ở trạng thái nghỉ với nhau

7

12.4 PH Ấ N ỨNG PH Ầ N ỨNG MÁY

P H Ấ T Đ IỆN ĐỒNG BỘ

Nguyên lý hoạt động cùa máy điện đồng bộ trinh bày trên đay lít nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ Khi máv điện đồng bộ có tAi, trong máy phát có hai tà trường nằm ở trạng thái nghỉ với nhau nên nó Si tác động tương

hỗ với nhau

Sư tác động của từ trường phần ứng lên tìí trường kích tìr (tìí trường chinh) gọi là phản ứng phân ứng Tác động nàv cđ th£ làm yếu làm tSng hoặc làm biến dạng từ trường chính Ta hãv xét cho tìtng loại tải

12.4.ì Phân ứng phần ứng máy đồng bộ với các (Ai khác nhau.

a K hi tài thuần trỏ :

Khi vị trí rô to như ở hình 12.5a trong các dây dẫn cửa

pha A dòng điện d ạt giá trị cực đại i = Im, sđđ cũng đạt giá trị cực đai e = E m- Khi tài thuần trở dòng và áp trùng pha

nhau hình 12.5.Ò Hướng sđđ và hướng dòng điện trong các

pha A,B,C có th ể xác định theo qui tắc bàn tay phải, còn chiều tít thông do các dòng điện sinh ra xác định theo quy

tác vặn nút chai Tìt hình 12.5.a ta thấy rằng chiều từ thông

dòng tài có hướng ngang với tìí thông chính và m ang tên là phàn ứng ngang

Giá trị cực đại cùa tìt trường chính nằm ở dưới các cực trẽn trục d - dỳ còn s tđ phản ứng phần ứng F._ có giá trị cực đại trên trục q - q \ Diều này làm cho sự phân bố cảm ứng tít trong khe khí dưới các cực tìl không đối xứng : một b''n cực 2 tít thông cùng chiều nên cộng nhau còn bên kia 2 tìí thông ngược chiều nên trìí đi nhau Kết quả từ trường

chính bị biến dạng : phía nửa cực được tăng cường ngược với

chiều quay hình 12.5c.

Sđđ cảm ứng trong các cuộn dây cho nhanh pha so với dòng điện một góc Dòng điện trong pha A đạt được giá

<btrị cực đại khi giá trị sđđ co' giá trị zero, còn rô to chiếm vị

trí nhu hinh.12.6a.

9

Hướng của dòng trong các pha A, B, c cùng hưởng từ thông do nó sinh ra xác định giống như phần trước Từ hình

vẽ chúng ta thấy rằng chiều của từ trường phần ứng hướng dọc theo trục cực Sự phftn bố tìí thông như vậy gọi là phản ứng doc trục Khi tải thuần cảm thì chiều tìí thông phản ứng ngược c h iề u tài trường chính nên từ trường chính bị yếu đi, máy bị khử tìt

c Tài thuôn dung (<p = - ĩ~).

z

Dòng điên tAì vượt pha so với sđđ một góc “ hình 12.7.

Theo nguyôn tác xác định chiều tví trường phần ứng ta thấy trục cùa tít trường phàn ứng trùng với trục cực nhưng 2 t.ìt trường này cùng chiều nên tít trường chính được trợ tìí

Như chúng ta thíĩy tít các trường hợp trước nếu dòng I

trũng pha với sđđ En ịĩị’ =0) thì ta co' phàn ứng ngang, còn nếu lị• - ± ta có phàn ứng dọc trục

Khi tải là tổng trở 0 < <p thl phản ứng của ta vìíamang tính chất phản ứng ngang, vừa mang tính chát phản ứng dọc khử từ Như vậy ở trường hợp này tìí trường bị biến

dạng v à.bị khử Tương tự cho - ^ < Ỷ < 0 thi phản ứng

phần ứng cd tác dụng làm biến dạng và trợ tù

Từ trường tổng hợp Fa có thể dược phả tích thành 2 thành phần :

Biên độ của sóng cơ bản sđđ cho máy 3 pha có dòng pha

I có giá trị như sau :

2 > n I W i:dq

F - —:— —1

12.5.PHẤN ỨNG PHẦN ÚNG CỦA MÁY c ự c (LOI) HIỆN

Để tỉm sđđ của máy phát cân phải tìm stđ tổng của máy Song ở máy phát cực hiện do khe khí không đêu nên việc tìm stđ tổng gập rất nhiêu kho' khăn Vi khe khí không dẽu nên dạng của từ thông chính không phái là hình sin và phụ thuộc vào dòng tải Do đd khi phàn tích máy cực hiện người

ta dùng phương pháp 2 phản ứng : là phản ứng ngang F

và phản ứng dọc F J Như vậy trong máy cd 3 từ trường : F

từ trường kích từ, F,J và F - tù trường phản ứng phân ứng.Giả thiết rằng từ trường tạo ra Fad và F hoàn toàn dộc lập với F Điều này chỉ có thể chấp nhận à máy chưa báo hoà, song ta lại thấy rằng do khe khí của máy dỏng bộ lớn

11

nên độ bão hoà máy co' ảnh hưởng không đáng kể, do vậy với một độ không chính xác nhất định ta có thể vẫn tính cho máy báo hoà được.

Nếu ta giả thiết rầr.ig khe khí đêu nhau theo chu vi stato thỉ F J và F có kiá trị cực dại trù n g với trục của mình và tạo ra sóng không gian hình sin (đường B’ad và B’ trẽn

hình 12.8.

Song ở máy cực hiện khe khí không đêu nhau nên dạng stđ hình sin Fad và Fa t lại tạo ra các dường cong cảm ứng tìí khồng hlnh sin P hân tích dưòng cong không hình sin ra chuỗi Fourie, và giả thiết ràng sđđ trong cuộn dây có dạng thực tế là hình sin, các sóng của tìí trường bậc cao không cđ ảnh hưỏng lám, do đó đường không sin của độ cảm ứng từ

có thê’ được thay thế bằng sóng bậc 1 (hình sin) (đường B’

và B’ad) Do khe khí khổng đêu nên biên độ đường cong B’ ị

và B’ aqm nhỏ hơn B adiìl và B aqm Ta có :

đươc gọi là hê số hình dạng của phân líng phần ứng ngang

và dọc

Đường cong phân bố

cảm ứng tìl chính cũng

không phải là hỉnh sin Nếu

chúng ta giả thiết rằng khe

và được gọi là hệ số hình dạng của tìí trường kích tìí

Trường hợp tổng quát cảm ứng tìí cực đại cỏa phAn ứng phàn ứng dọc như sau :

B„d„ = Ệ s F„d <12.5)

và biên độ cảm ứng tờ của từ trường chính theo trục dọc :

Trong dó : ụ 0 - thẩm tìí không khí,

và ỗ - chiều rộng cùa khe khí.

Để tìm stđ cuộn kích từ Fod - stđ tương đương phản ứng phàn ứng dọc trục Fm1 ta nhận giá trị cực đại cùa từ trường

Hình 12.9

13

p h ầ n ứn g và t ừ t r ư ờ n g kích từ ró lưu V tới hl* số hì nh (lang kích tìí.

n ổ xác dinh các bê sô k, k cho máy cực hiện (lung

hảng hoặc dường cong riêng' Trôn h ì n h 12.10 bịữu «lien (tiíờne

cong đổ tịnh k „ , và k

Dố xác di nh các hê sổ k.((t và k,t cô t h ế xác (linh s(«t

T ư ơ n g dương kích t ừ t heo tr.ie dọc và n ga ng 1 Foi|, F ) theo hi ếu thức

(12.9) ' ‘"I ad K.

Sử d ụ ng moi quan hê : F - Wk Ik( ta 1:0 thè tim dược

Sử dụ ng mối quan hệ : F - Wk| Ikl ta I

dòng kích từ tương dương dọc và nga n g trục

hỗ giữa các cực stato và rô to, hay nói một cách khác mạcỊ

từ dối xứng theo các trục nên K.aq = Kad máy không có biếr hiện phản ứng ngang và phản úng dọc

Cuộn kích từ chỉ dặt trong khoảng 2/3 -Î- 4/5 chu vi, phái còn lại không cổ cuộn dây gọi là vùng răng lớn Với cácị phân bố cuộn dây như vậy ta có thể giả thiết rằng stđ cuội kích tù Fa ph&n bó theo chu vi rô to có dạng hình thanị

hình 12.11 Phân tích sang chuỗi rồi xác định biên độ sein*

bậc 1 std klch tù FoBlll

Dể tìm stđ cuộn kích từ tương đương với phản ứng phà ứng, ta so sánh giá trị biên độ của sóng cơ bản từ trườn kích tìí với biên dộ sóng cơ bản từ trường phản ứng co' ch

ý tới hệ số từ trường kích từ kf, ta co' :

KaI (12.12)

Trong dó : Fa - Biên độ sóng bậc 1 từ trưòng phản ứnj

I - Dòng pha của phàn ứng khi tải đối xứng Ka- Hệ sò tính chuyển dổi và tính như sau :

Trong dó : y = — , p biểu diễn ở hình 12.11.

Dòng kích từ tương đương với dòng I tính được :

tro n g m áy p h át đồng bộ n h ậ n được các tính chất cơ bản (bàng tín h toán) đồng thời xác định được góc hợp bởi giữa E u và điện áp u càn thiết cho việc tính toán mô men và công su ất tro n g các chế độ của m áy phát Sơ đò véc tơ còn cho phép

ta tín h dòng kích từ khi th iết kế m áy ở những chế độ làm việc khác nhau của máy phát

phụ thuộc vào mức độ bão

hoà của ma ch từ, và cấu

tạo của cực tìí vv do đó

ta phải xét đồ thị véc tơ

tro ng 4 trưcmg hợp : m áy

cực ẩn khi chưa bão hoà v à

khi đ ã bão hoà, m áy cực

hiện khí chưa bão hoà và

khi đ ã bão hoà

Đồ thị véc tơ của máy

cực ẩn khi chưa bão hoà

biểu diễn ỏ hình 12.12.

Khi m áy đối xứng, ta chỉ

máy chưa bão hoà có th ể giả thiết rằn g stđ tỷ lệ với dòng điện sinh ra no', m à dòng điện này tỷ lệ với sđđ cảm ứng.Máy p h át cực ẩn có các loại từ thông sau đây (ứng với no'

u một góc y ( cosy = — , Rị, Z( - điện trở và tổng trở tải).

Theo (12.16) ta dựng véc tơ Ep, ở máy phát cực ẩn từ thông phản ứng Fa trùng pha với dòng tải I và cảm ứng trong cuộn dây một sđđ E chậm pha so với F (tức là I) một góc

y Từ mút Ep dựng véc tơ E a, nhận được Ep

Từ dồ thị véc tơ ta thấy rằng khi tải cảm kháng thỉ phản

ứng phần ứng làm giảm từ thông máy phát ự>p < <p0 và Ep < E (V

Tương tự như vậy nếu tải co' tính dung kháng thì véc tơ

I vượt pha điện áp một góc y, và vượt Sđđ một góc V’ , phản ứng phần ứng trợ từ, do vậy 0 p > ự>o, Ep > E0 và thông thường không chỉ U > E mà U > E

19

Sơ đồ véc tơ của máy ph át đồng bộ cực ẩn bão hoà biểu

diễn ở h ìn h 12.13.

Đồ thị được xây dựng bắt đầu từ véc tơ u, trùng với trục

tung, hợp với no' một góc <p ta dựng véc tơ I Từ m ú t u ta cộng véc tơ E R;i và E ( ta nhận được véc tơ sđđ tổng Ep

Vì ở m áy bão hoà sự phụ thuộc giữa stđ và từ thông làphi tuyến ( I - T a ^ a ) do đổ E a

tơ E a sẽ không vuông góc với

ta sử dụng đặc tính không tải

của máy phát Theo đặc tính

không tải ta xác định stđ tổng

hợp Fp theo giá trị Ep Véc tơ

Fp vượt trước véc tơ Ep một

12.7.2 Đo thị véc tơ cùa máy phát điện đong bộ CỊIC hiện.

a Đò thị véc tơ của m áy p h á t cực hiện chưa bão hoà.

Với máy chưa bão hoà ta thực hiện dựng đồ thị véc tơ

như ở máy cực ẩn Trên h ình 12.14 biểu diễn đồ thị véc tơ của m áy phát khi tải cđ tính cảm kháng (0 <p < ^ )

Theo lý thuyết 2 phản ứng.

Phản ứng phần ứng cơ bản Fa

được tách ra thành phản ứng

dọc và phản ứng ngang (Fad,

F ) o máy chưa bão hoà ta co'

the giả thiết rằng từ trường tạo

ra các stđ phản ứng ngang và

dọc không phụ thuộc lẫn nhau

và dòng điện dọc trục Id sẽ gây

nên thành phần E ad còn dòng I

là E „ co' th ể biểu diễn : aq

^d ~ ^ad =l^ad = ^ad'

= ^aq = ^aq ~ ®aq'

Với cách phân tích như vậy,

đô thị véc tơ của máy cực hiện

có th ể dựng giống như máy cực

ẩn Song (chỉ có điều) véc tơ điện áp phản ứng E a (nhậnđược), là tổng hình học của E ad và EaC] chậm pha với dòng Imột góc khác y Sở dĩ như vậy vì ở máy cực hiện hệ số Kad

và Kaq không bằng nhau nhưng khi tính Fad và F ta lạidựa vao các hệ số đó Từ hai đại lượng Fad và Fa[ tìm Ead

và EatJ và Ea là tổng hình học của E tfãE.|d nên không lệch pha 1 góc 90° so với I

Véc tơ Eị vuông góc vối I, còn Era song song với I.Véc tơ điện áp tìm dựa vào (12.16)

b Dô thị véc ta cho m áy cực hiện bão hoa.

Sơ đồ véc tơ biểu diễn ở hình.12.15

H ình 12.14

21

Đại lượng bắt đầu là

dòng I, U, cos^>, R, Xs> F a,

K ad> K aq> đ ặ c t ỉ n h k h ô n g

tải Lúc này máy có th ể

không tải, dùng sơ đò véc

tơ để tìm E0, </' và Ö

Giống như trước từ véc

tơ Ư trù n g vối trụ c tun g ta

vẽ I hợp với u một góc <p

Đ ặt véc tơ E Ra song song

với I và E t vuông góc với

I (đoạn AB) Góc ĩị> chưa

biết song ta có th ể xác định

được nđ

aqKéo d ài đoạn AB th êm m ộ t đoạn BC = ——7 , giá trị

này có th ể tìm từ đặc tín h không tải s t đ phản ứng ph ầnứng theo trụ c ng an g tín h chuyển về cuộn kích từ F ’ cógiá tr ị :

là véc tơ sđđ tổng theo trục dọc nó bằng : E 0 - Ead Sử dụng đặc tính không tải ta tìm giá trị stđ tổng theo trục dọc bằng

F 0 - F ’ad Ta có Fad = KadFasinV' Hệ số Kad tỉm theo hình

12.10 Cộng F ’ad tìm được stđ kích từ F0 Sử dụng đường

không tải tìm E 0 ở máy bão hoà giá trị Ea (phản ứng phàn ứng tổng) không vuông góc với dòng điện

Trên đây chúng ta đã trinh bày cách dựng đồ thị véc tơ cho máy phát điện đồng bộ cực ẩn và cực hiện Trong các sơ

đồ trên ta vẫn giữ nguyên các giá trị sđđ ở trong các phàn

tử điện trở và phản ứng phần ứng Để thuận tiện ta chuyển chúng sang dạng điện áp theo các nguyên tắc sau :

4 = - ¿ixa ; 4 = - jix t ; E Ra = - ỈRa

Sơ đô véc tơ máy phát điện cực hiện không bão hoà lúc

này biểu diễn ở hình 12.17.

Phân tích véc tơ I sang véc tơ Id = Isinự’ và I = Icosi/>

Từ điểm N hạ đường vuông góc lên E 0, tìí điểm M hạ đường vuông góc xuống E 0 và đoạn AN

23

Ta có :

DA = DB +M Knhưng DB = - Éad = <ndXad

Do vậy : AN = jiq (Xaq + xt) = jI qXq

trụ c dọc

X = xaq + Xt - trở kháng đồng bộ theo trục ngang

ì 2.7.3 Đồ thị véc tơ của máy phát đong bộ khi ngắn mạch.

đi rấ t nhiều nên máy trở thành không

bão hoà, tìí thông tổng rấ t nhỏ Bỏ

qua điện trở th u ần cuộn day nên IR =0

25

tốc độ không đổi nhằm giữ cho tầ n số không đổi v ì th ế các đặc tính được lấy khi tốc độ không đổi.

Đ ể sơ sánh các máy điện có cấu tạo, công suất khác nhau người ta không dùng các đại lượng v ật lý m à dùngđại lượng tương đối ò hệ thống đo lường này các đại lượng điện áp, dòng điện, công s u ấ t được biểu diễn bằng phần tră m đại lượng so sánh (đại lượng cơ bàn) được nhận giá trị 1

Ổ m áy điện đồng bộ các đại lượng sau đây được coi là đại lượng cơ bản (so sánh)

ỉ 2.8.1 Đặc tính không tải.

Đặc tính không tải là mối quan hệ hàm giữa sđđ với dòng kích tít E Q = F(Ikt) khi I = 0, n = ndm

Ö chế độ không tải điện áp pha u bằng sđđ pha u = EQ

Trên hình 2.19 biểu diễn sơ đồ thí nghiệm.

H ình 12.19

Đê’ cđ đặc tính không tải ta mở các líhóaK, Ka, Kb, Kc rô

to quay với tốc độ không đổi, bằng điện trở R ta co' th ể thay đổi dòng kích từ từ giá trị lớn nhất tới giá trị nhỏ nhất Số chỉ các đòng hồ sẽ cho ta các giá trị cần thiết Tìí số chỉ của các đồng hồ ta dựng mối quan hệ

E 0 = f(Ikt) Đặc tính biểu diễn trên

hình 12.20 Do có hiện tượng từ trễ

đặc tính E 0 = f(Ikt), khi ikt tăng và

khi ikl giảm không trùng nhau Điểm

cát của đặc tính với trục tung (khi

ikl = 0) là dại lượng sđđ dư của máy

phát

Ta co' thể giả thiết rằng đặc tính

không tải là đặc tính kích từ của

máy phát Với mỗi máy đường đặc

tỉnh kích từ thường không biết vì H 'n l 12 20

27

th ế để nhận đặc tính khác hoặc dựng đồ thị véc tơ ta dùng đặc tính không tải thay cho đặc tính kích từ.

Đặc tính không tải dùng cho các máy khác nhau ở đại lượng tương đối không khác nhau mấy

Đối với m ạch phàn cảm, dòng kích từ được nhận là dòng

so sánh, thường là dòng kích tìí cho giá trị điện áp khi không tải, chứ không phải dòng kích tỉí định mức Sở dỉ như vậy

vì với dòng Iklo là giá trị so sánh, thl đặc tính không tải cho các máy phát khác nhau cắt nhau tại một điểm Nếu đường nào nằm trên điểm đó sẽ có độ bão hoà lớn hơn Để tiện cho tín h toán ta thường dùng đặc tính không tải tru ng bình là đường đi qua điểm gốc toạ độ và không có vùng từ trễ

12.8.2 Đặc tính ngắn mạch.

Đặc tính ngán mạch là mối quan hệ giữa dòng điện ngán

m ạch với dòng kích từ khi điện áp u = 0 và n = n đm

N gắn m ạch có th ể 3 pha hình 12.19 khi cả 3 khoá KA,

Kb, Kc đóng hai pha khi KA và Kg và 1 pha khi KA đóng (hoặc Kg hay K^.)

Khi làm thí nghiệm ngắn mạch

thường cho dòng kích từ nhỏ nên

mạch từ không bão hoà, do đó mối

quan hệ Ingm = f(ikt) thường tuyến

tính Sự phi tuyến chỉ xuãt hiện

khi dòng ngán mạch vượt giá trị

thấy rằng vi ngắn m ạch 3 pha có phản ứng phần ứng lớn nên nằm dưới cùng, sau đó là ngắn mạch 2 pha và nằm trên cùng là ngắn mạch một pha.

Nếu máy có tíí dư thì đường đặc tính sẽ cát trục tung tại điểm tương ứng với từ dư

Đặc tính không tải cùng với đặc tính ngắn mạch cho phép

ta xác định được tam giác đặc trưng, và ta có th ể sử dụng

tam giác đặc trưng này để dựng đồ thị véc tơ

Khi ngắn mạch đối xứng (3 pha) ta đật dòng kích từ I ktngm sao cho dòng ngắn mạch của máy bằng dòng định mức thì stđ của các cực từ F Q sẽ tạo ra m ột sđđ E() Nếu bỏ qua hiện tượng bão hoà từ thì đó là điểm D (đường thẳng kéo dài của đường không tải)

Như phần trước đã nói dòng ngán mạch ổn định này chỉ là thành phần dòng dọc trục Ingm = Iad và stđ của phản ứng phàn ứng Fad sẽ có tác dụng khử tìí do vậy stđ tổng:

E n = E s = ^đm^sad sẽ nhỏ hơn E một đại lượng

E ad = ^ I n A d t ứ c là :

Ep=E0- E ad (12.18)

Đ ặt Ep lên đặc tính

không tải ta có điểm B

Trong tam giác ABC có :

đối xứ ng ứng đối với dòng định mức

Theo định nghía ta có :

*ongm *

Kngm = i 7 vì rằ n g :

1đmu

Trong dó : Xd là đại lượng tương đối.

Từ tam giác đặc trư n g ta có

Kn;gm

CNCM

Với máy điện cực ẩn hệ số ngẳn m ạch co' giá trị 0,8-ỉ-l,8, còn máy cực hiện 0,4 -í- 0,7 và ở các máy phát tàu thuỷ hệ

số có giá trị 0,6 -í-l,0

12.8.3 Đặc tính tải.

Đặc tính tải là mối quan hệ hàm giữa điện áp và dòng

kích tìí khi I = const, cos<p = const và n = nđ

Đặc tính này không liên quan trực tiếp tới một chế độ nào

của máy phát và được dùng như đặc tính phụ để biểu diễn một số đặc điểm của máy và xác định một sô' thông số của máy, ví dụ trở kháng Đặc tính tải quan trọng nhất là đặc

tính tải thuần kháng, (cosy) = 0, ip = n/2) vì th ế để thực hiện thí nghiệm hình 12.1 người ta dùng tải là biến áp tự

ngẫu hay cuộn kháng có độ cảm kháng thay đổi

Mở công tác Ka Kb, Kc và đóng công tắc K hình 12.2

thay đổi tải, thay đổi điện trở kích tìí sao cho giữ I = cost

Để giữ cosy? = const ta phải điều chỉnh mô men của động

cơ lai

Trên hình 12.23 chúng ta biểu diễn dặc tính tải cho các

loại tải khác nhau (có sự phản ứng phần ứng khác nhau).Khi tải thuần cảm thì chỉ có phản ứng phần đứng dọc trục nên để co' đặc tính tải thuần cảm ta co' th ể dùng đặc tính không tải và tam giác đậc trưng Cách dựng thực hiện như sau : Cho đỉnh B của tam giác đặc trưng dịch chuyển tịnh

tiẽĩi tiỉn <?iìc lin h không tải thì đỉnh c vẽ cho ta

đặc tính tải thuần cảm (cósy>=0,

y) > 0) còn đặc tính tải có cosy)

= 1 và cosy) = 0,8 nằm trên đặc tính

cosy) =0 Cần lưu ý rằng các đặc

tính này không song song với đặc

tính không tải Đặc tính cosy) = 0,y

Để nghiên cứu đặc tín h tải ta dựa vào phương trìn h cân bằng sđđ và phân biệt cho các loại tải khác nhau.

P hương trình cân bằng sđđ cho máy phát điện đồng bộ co' dạng : (bỏ qua điện trở th u ần cuộn dây)

Dấu "+" cho trư òng hợp tải th u ần dung còn dấu cho tải th u ầ n cảm

Từ (12.20) ta dựng đồ thị véc tơ

a Cho trường họp tải thuần cảm.

Đồ th ị véc tơ của máy phát khi tải thuần cảm biểu diễn

ở hìn h 12.24a.

H ìn h 12.24

Ta thấy véc tơ E 0 và u + JX SI trù n g phư ơng,nên ta co'

th ể bỏ cách viết dạng véc tơ và được :

Vì ikt = const, n = const nên E = const do vậy, mối quan h ệ u = F(I) là 1đưòng thảng đi qua 2 điểm : E (khi

Dồ thị véc tư biểu diễn ở hỉnh 2.25b Giông như khi tải

thuân cảm phương cùa E 0 và u - <ìx 1 trùng nhau nén ta

có thể viết :

u = E0 + XCI.

Đày cũng là đường thẳng bắt đầu từ Ec (khi 1 = 0) sau

đõ điện áp u tâng khi dòng tải tăng Nếu ta tiếp tục giảm giá trị của tụ điện để tảng dòng điện thỉ tới một lúc nào đó

2 cực của tụ điện chập lại, mạch bị ngán mạch, lúc này dòng

I = In,m = như khi tải thuân kháng Như vậy dặc tính

ngoài khi tải thuần dung biểu diển ở hình 11.24 Đọan vẽ

33

không iiên tục ỉà đoạn chúng ta không nhận đưọe bàng phép

đo binh thường (dùng các đồng hồi

c K h i tải thuần trỏ.

Do í trùng với ủ đò thị véc tơ biểu diễn ở (hình 12.24-c)

Ta có một tam giác vuông Từ đồ thị véc tơ ta có :

E 2 = Ư2 + (XSI)2.

Chia cả hai vế cho E 2 ta cd :

Hay

' u \ 2 Ị + E

ị ư )

-)

*■ /+

E,o

\ / \ nợnĐảy là một phương trình đường elip co' hai nửa trục E0

và I , (hình 12.24).

Trên đây ta đã nghiên cứu cho 3 trường hợp điển hỉnh

Từ 3 trường hợp này ta có thể suy ra cho các trường hợp

cos>p < 1 và > 0 (đường 1) và COSIp < 1 nhưng <p < Q

(đường 3) Nếu đạc tính ngoài chỉ vẽ cho khoảng dòng I=0-i-It|m

ta có hình 12.2õb.

Dòng kích từ định mức là dòng kích tìí tạo ra diện áp định mức ƯJm khi tải định mức Id và cosf const

12.8.5 Đặc lính điêu chinh.

Mối qua hệ hàm giữa dòng kích từ với dòng tải khi ư = const,

n = const và C ũătp = const

Dể lấy đặc tính điều chỉnhta vẫn dùng hình 12.1 và thực hiện

như sau : Đặt một điện áp nhất định trên cực máy khi không

tải, sau đó tí\i máy phát đồng

thời thav đổi dòng kích từ sao

cho điện áp u = const Tìí đặc

tínhđiều chinhthấy ràng khi tăng

tải cảm kháng phải tăng dòng

kích từ ngược lại khi tăng tải

dung kháng dòng kích từ giảm

Trên hình 12.26 biểu diễn đặc

tính điều chỉnh của máy phát

khi giữ cho u = const

12.9 TỔN HAO VÀ IỈIÊ U SUẤTTổn hao trong má}' đồng bộ được chia thành tổn hao (chính!

cơ bản và tổn hao phụ

Tổn hao chính gồm :

- Tổn hao đồng phần ứng AP

- Tổn hao đồng kích tìỉ APkr

- Tổn hao trong lõi thép APp

- Tổn hao cơ do ma sát ô’ bi, chổi than và quạt gio'.Tổn hao cơ bản lại được chia thành tổn hao khỗng đổi và tổn hao biến đổi

Tổn hao không đổi gồm tổn hao sất từ và tổn hao cơ.Tổn hao biến đổi là tổn hao phụ thuộc vào tải gồm tổn hao đồng phần ứng và kích từ

Tổn hao phụ gồm :

- Tổn hao do tìí thông tản APt

35

- Sóng hflc cao của stđ stato và rô to APhf.

- 'Tổn hao bước rang APr

Tìí thông tản gây tổn hao trong lõi thép

So'ng bậc cao chuyển đông tương đối với stato và rô to ở những tổc độ khác nhau tạo ra tổn hao phụ trên be mặt state

Trong đó : ¿A P = APcul + APcu2 + APị,e + APC(, + APp

Ma APp - AP, + APbc + APr

- Hiệu su ất của động cơ điện đồng bộ :

= 1 - SAP

Trong đó : Pị = MƯIcosy> - lẫy từ lưới điện (ở động cd)

hoặc phát ra lưới điện - nếu la máy phát diện

12.10 CÁC MÁY P H Ấ T Đ IỆN LẰM VIỆC

SON G SONG

/2 /(9 / Mở đầu.

Dể tăng công suất, cấp cho các tải và đảm bảo cấp diện lión tục cho tải người ta cho các máy phát điện đồng bộ làm việc song song với nhau

Khi hai máy phát vào làm việc song song phải đảm bảo

sự phân tải đêu giữa các máy có nghĩa là nếu hai máy có cống suất như nhau thì khi làm việc song song phải chịu tải như nhau, còn nếu công suất của 2 máy khác nhau thi máy

có công suất lán phải chịu tải nhiêu, máy co' công suất nhỏ chịu tải ít Việc đưa một máy phát vào làm việc song song với lưới hoặc một máy phát khác phải không được cổ dòng càn bàng chạy quẩn trong các máy và không dược phá vỡ chế độ làm việc của máy phát đang làm việc Để làm được diêu đó các máy phát làm việc song song phải thoả mãn một

số điều kiện sau đây

12.10.2 Các điều kiện cửu cức máy phát lầm việc sung song.

Để đưa một máy điện đồng bộ vào làm việc song song vói lưới (một máy điện khác) cần thoả mãn những diều kiện sau :

1 Sđđ của máy phải bằng diện áp lưới

2 Phải nối đúng thứ tự pha

3 Tân số lưới và tân só máy phát bàng nhau

4 Góc pha đàu của điện áp lưới và sdđ máy phát phải bằng phau

12.10.3 Hoà song song các máy phút dòng bộ.

Quá trình đưa một máy phát đồng bộ vào làm việc song song vối lưới điện hay một máy phát khác gọi là quá trình hoà song song cac máy phát điện Trong thực tê cđ những phương pháp hoà song song sau đây :

- Hoà đồng bộ chính xác Đây là phương pháp thực hiện hoà song song 2 máy phát đông bộ thoả mãn cả hai diều kiện trên đây Phương pháp này thưòng dùng nhất vỉ đảm bảo an

37

toàn cho máy, cho lưới điện và chát lượng hoà Song thời gian thực hiện lâu.

- Hoà đòng bộ thô Đó là phương pháp đưa một máy phát vào làm việc song song với một máy phát khác khi không đảm báo thoá mãn tá t cả các điêu kiện nêu trên

Phương pháp hoà này được áp dụng khi cân hoà nhanh, chãt lượng hòa không cao, co' dòng cân bàng khi hoà Thưòng dược áp dụng trên tàu thuỷ vã một số lưới điện địa phương trẽn bò

- Tự hoà đồng bộ Phương pháp này dược thực hiện như sau : Dùng máy lai quay rô to máy phát điện định hoà tói

tê : dộ gàn dòng bộ lồi mới kích tìí máy Lúc này do có tìi thông sẽ xuát hiện dòng diện và mô men kéo máy vào làm việc dỏng bộ Dưa dòng kích tít vào máy ở độ trư ợ t càng nhỏ thì độ xung dòng càng bé Dộ trượt có giá trị 0,5%

Tự hoà đồng bộ chl dược sử dụng với những trường hợp khi ỏ trạn g thái quá độ dòng quá độ nhỏ hơn một giá trị nhất định P hản lớn các máy điện đồng bộ không được sản xuất cho chế độ này, cho nên khi sử dụng phải thực hiện đo kiểm tra máy trước rồi mới dược áp dụng Áp dụng phương pháp hoà dồng bộ này rút ngán được rấ t nhiều quá trinh hoà máy phát, vì vậy phương pháp này được sử dụng cho các máy phát sự cố hoậc khởi dộng hệ thống thuỷ điện dự trữ

Để thực hiện các phương pháp hoà đồng bộ trên đây ta

có th ế thực hiện bàng tay, nồa tự động hoặc tự động

12.10.3.1 Phưung pháp hoà dòng bộ chính xác.

Đế kiếm tra các diêu kiện hoà đồng bộ người ta dùng các phương pháp sau dây

38

- Phương pháp đèn tắ t (tổi).

- Phương pháp đồn quay

- Phương pháp dùng đồng bộ kế

ỏ hình 12.27 biểu diễn sơ đồ dùng đèn tát.

Nếu cả 4 điều kiện nêu trên thoA mftn thỉ cà 3 đèn đcu tối Bây giờ ta hãy phân tích các điều kiện trên không thoả mãn thì các đèn sẽ ra sao

- Khi UA Ea hoặc go'c pha đàu khác không hình 12.27b,

ta thấy đật trên các đèn một hiệu điện áp :

AU = UA - Ea hoặc AỪ = ÚA - É A

Cả 3 bo'ng đèn đều sáng như nhau

- Khi tàn số fị 71 tv

39

Giả thiết ràn g tầ n số lưới fị > f2, lúc này trên bóng đèn

sẽ có một hiêu điện áp như ở hình 12.28 T; nhận thấy rằng

điện áp trên bóng đèn tă n g từ giá trị zero tới giá trị cực đại

Ub = (U + E m) và lại giám tới 0 sau đó lại lặp lại Tân

số biến đổi của điện áp bóng đèn:

fị + f,

fM = — Còn tầ n số biến thiên của sự thay đổi điện

áp biên độ trên bóng đèn f| - f2 (tần số đường bao) Nếu nhln vào đô thị véc tơ ta thấy vì 2 sao điện áp quay với 2 tốc độ góc và Ừ J2 (ojị > co 2) nên co' th ể coi sao

sđđ đứng im, còn sao điện áp quay với tốc độ aiị - « 2 Điện

áp trên bóng đèn tăng dần, đèn sáng dần và khi điện áp trên bóng đèn đạt giá trị Um + E m thì bóng đèn sáng nhất, sau

đó áp giảm dần, bóng đèn tối dần cho tới khi tắ t hẳn và lại được lập lại Như vậy nhìn sự thay đổi cường độ sáng cùa bóng đèn ta biết tà n số của chúng không bằng nhau

- Nếu bây giờ thứ tự pha bị đấu nhầm (ví dụ A của lưới

với B cùa máy phát hình 12.27c thl ta thấy 2 bóng đèn tối

1 rấ t sáng (điện áp trên bóng là áp dây)

Bằng phương pháp quan sát trạng thái các đèn ta tỉm được thời điểm đóng máy phát song song thlclì hợp nhất (khi các bo'ng tối hết)

Nếu các diều kiện không thỏa m;ln ta phải diều chinh hoặc dòng kích tì.í hoặc tốc dộ quay của máy định hoà Thông thường di kèm với các bóng đèn ta còn dùng thêm đồng hô vôn - mét để kiểm tra cho chính xác

40

Hình 12.28 12.10.3.2 Phương pháp dèn quay.

Sơ đò nối bóng đèn biểu diễn ở hình 12.29.

Nếu các điều kiện đồng bộ thoả mãn thì đèn 1 tối còn đèn

2 và đèn 3 sáng Ö sơ đồ này không càn dùng vôn mét chỉ không vỉ ngay cả khi chỉ có sự lệch nhỏ đèn 1 không sáng nhưng cắc đèn còn lại ánh sáng thay đổi rõ rệt,v i nó rất nhạy với sự thay đổi điện áp ở giá trị gàn định mức

Khi tan số lưới và máy phát khác nhau (điện áp cùa chúng bàng nhau) sẽ có hiện tượng ánh sáng quay Khi gàn dồng

bộ tốc độ quay ánh sáng chậm dàn Máy làm việc song song được đóng vào khi tốc độ quay ánh sáng rất chậm Tốt nhất

là khi bóng đèn 1 tối, 2 bóng đèn còn lại sáng, vôn mét chl

ZO I'O

41