Bài giảng máy điện đồng bộ 3 pha

Bài giảng máy điện không đồng bộ giới thiệu về: Vai trò và vị trí trong đời sống. Kết cấu và nguyên tắc hoạt động của máy điện đông bộ. Các dạng bài tập tính toán về mạch từ , dòng điện, lực điện động, moment. Từ trường phần ứng phản ứng phần ứng. mạch điện , mạch từ đồ thị vecto,...

Phần 5 MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Chương 1 Kết cấu nguyên tắc hoạt động của MĐĐB

Máy phát điện gió

1 Vai trò, vị trí của MĐĐB trong sản xuất, đời sống

Máy phát thủy điện sông hinh VN

Máy phát thủy điện hòa bình.vn

Thủy điện khánh hòa vn

Máy phát điêzel

2 Kết cấu, nguyên tắc hoạt động, trị số định mức của MĐĐB

- lõi sắt

- dây quấn 3 pha( xoay chiều)

(Tương tự stato của máy điện không đồng bộ)

Nhiệm vụ : cảm ứng s.đ.đ 3 pha – đưa điện áp 3pha lên lưới

- Rôto cực lồi

- Rôto cực ẩn

Nhiệm vụ : tạo từ thông kích từ

Các chi tiết khác:

Trục quay, chi tiết kết cấu khác

Stato:

Rôto

2.1 Kết cấu MĐĐB

Máy phát nhiệt điện

Trục MPĐ

Mặt cắt ngang

lõi sắt rôto cực ẩn

Kết cấu cực từ ẩn

Cực từ

Rãnh đặt dây quấn kích từ

Rôto cực lồi

Rôto cực lồi máy phát thủy điện

Dây quấn kích từ Cực từ

Kết cấu của cực từ lồi

Dây quấn kích từ Cực từ

Rôto

Stato

A B C

EA EB EC

+ _

n

2.2.Nguyên tắc làm việc

Máy phát điện đồng bộ

Eo= 4,44.f.w.k dq Φ s.đ.đ sinh ra có trị số:

f = p.n (vg/s) hay

f = p.n/60 (vg/ph,hz )

n 1 = 60 f/p, n 1 = n (tốc độ rôto)

Do đo,ù loại máy này gọi là máy điện đồng bộ (MĐĐB)

Mô tả nguyên lý MPĐ 3 pha

Sức điện động phát ra

Động cơ điện đồng bộ

Kết cấu :tương tự máy phát Nguyên tắc : hoạt động ở chế độ động cơ

Máy bù đồng bộ

Kết cấu Nguyên tắc: động cơ hoạt động không tải

2.3 Các trị số định mức

3

Máy phát điện

Sđm = Pđm = UđmIđm cosφ đm (W, KW) Qđm = UđmIđm sin φ đm (VAr,KVAr)

3

UđmIđm

Chương 2 Từ trường và quan hệ điện từ

trong MĐĐB

1.Từ trường của dây quấn kích từ

- Sức từ động 1 cực từ:

Cực từ (phía rôto)

Từ trường dưới mỗi cực phân bố như nhau

p 2

Phân tích từ trường 1 cực từ

Theo LT chuỗi, có thể phân tích từ trường trên theo chuỗi fourie:

B = B1 +B3 +B5 +…

Với :B1 = B1m.sin ωt; B3 = B3m.sin 3ωt +…

Nhận xét

δ - Khe hở không khí nhỏ ( mỏm cực),

từ trường mạnh

δm - Khe hở lớn từ trường yếu đi

- Ngoài mép cực, từ trường bằng không

Phân bố từ trường dạng hàm

chu kỳ ( điều hoà)

- Tính toán các đại lượng từ :B, Φ

k k

F

t d

t

o tm

t 1

kk

FB

k k

Biên độ từ cảm (hàm chu kỳ) tính theo

Biên độ từ cảm (bậc 1)

Từ thông (bậc 1)

Từ trường kích từ tạo s.đ.đ hỗ cảm ở dây quấn stato, tính theo:

- Tính sức điện động của dây quấn stato

- Từ thông móc vòng t ưd = wk dqt1 cos t

w k

Eo = Eom/ = .w.k2 dq.t1/ = 2π.f.w.k2 dqt1/ 2

- Tính trị số s.đ.đ không tải

với o = t1 = ɸ (từ thông chính trong máy điện)

Khi tải thuần trở:

2.Từ trường phần ứng -Phản ứng phần ứng

Từ trường phần ứng( stato) : xuất hiện khi có tải

Phản ứng phần ứng : tác động từ trường phần ứng với từ trườg kích từ

Fư

Ft

Phản ứng ngang trục

(từ trường giảm theo chiều ngang trục)

Phản ứng

Khi tải thuần cảm : khử từ dọc trục

Khi tải tải thuần dung : phản ứng ngược với tải cảm, trợ từ dọc trục

Tải hỗn hợp

Fưd = Fư sin

Fưq = Fư cos Eưd = Eư sin - dọc trục Eưq = Eư cos - ngang trục

Sức từ động, s,đ,đ, dòngđiện : Tách thành 2 thành phần

Tính toán tương ứng theo các phản ứng dọc, ngang trục

Tính toán các đại lượng từ phần ứng

Ip

wk2

mk

k

Fk

w 2

m k

k

l

2 l

B

2 ưm

k

l mf

4 I

E x

2 dq

2 o

k w 2

F

p

k w 2

o d

k

lmf

4I

Ex

q q

k

lmf

4I

Ex

3.1 Mạch điện máy phát điện (1pha) Các phần tử mạch điện MPĐ

Mạch điện tương ứng MPĐ(1 pha)

Phương trình môtả MPĐ (dạng phức)

3 Mạch điện, phương trình và đồ thị véc tơ của MĐĐB ( phía stato)

KH2

u u

E E

U         

Khe hở không khí Ϭ

3.2 Phương trình, đồ thị véctơ MPĐ cực ẩn

Chú ý: Góc Ψ (E,I),Góc tải θ(E,U), góc φ(U,I) sử dụng thông dụng trong tính toán

ư ư

x ( I j E

Ϭ

So sánh đồ thị véctơ với tải cảm (a), tải dung(b)

3.3 Phưông trình và đồ thị véctơ MPĐ cực lồi

)jxr

(IE

EE

U     ưd   ưq  ư  ư E  jI d xưd  jI q xưq  jI xư I rư

Phân tích Eư , I theo 2 thành phần dọc truc, ngang trục

- Ta có Đồ thị vectơ MPĐ cực lồi , với tải cảm(a), tải dung (b)

- Tư øphương trình cân bằng: U   E   E u  E u  I  ru

d

q I I

I I

I   cos    sin     

Với:

- Ta có PT cân bằng áp của MPĐ cực lồi

Đồ thị vectơ MPĐ cực lồi dùng trong tính toán

)sincos

d d

u u

uq u

ud d

r I x

I j x

jI E

r I x

x I

j x

x jI

x d = x ưd + x ư là điện kháng đồng bộ dọc trục

X q = x ưq + x ư là điện kháng đồng bộ ngang trục

Thay s.đ.đ tản với : I  I cos   I sin   I q Id

Đồ thị vectơ (dùng trong tính toán):

Phương trình và đồ thị vecto động cơ điện đồng bộ

ư q

q d

d

ư ư

ưq ưd

ư ư

r I x

I j x

I j E

) jx r

( I E

E E

) jx

r ( I E

4 Quá trình biến đổi năng lượng

Máy phát điện (a):

5 1 Đặc tính góc công suất tác dụng :P = f(θ)

5 Các đặc tính góc của máy điện đồng bộ

d

cos U

Vì : Từ đồ thị véc tơ : =  - 

P = mUI cos = mUI cos( - )

= mU (I cos cos + I sin sin)

= mU(Iq cos +Id sin)

Thay I q , I d theo đồ thị vectơ,

ta có phương trình đặc tính góc f() →

Phương trình đặc tính góc



2 sin

2

d q

mU x

mUE

2 sin

U x

U E P

UE m

5 2 Đặc tính góc cs phản kháng

Q = mUI sin = mUI sin( - )

)

1

1 ( 2

2 cos )

1

1 ( 2 cos

2 2

d q

d q

mU x

x

mU x

mUE

Đồ thị tương ứng

Chương 3

Máy phát điện đồng bộ

1.1 Đặc tính không tải : E = Uo = f(it) khi I = 0; f = fđm

1 Đặc tính MPĐ đồng bộ

Sơ đồ thí nghiệm

Đồ thị

Uo

It0

1.2 Đặc tính ngắn mạch và tỷ số ngắn mạch k

Dòng ngắn mạch f(it), khi U = 0; f = fđm

tn

to dm

no

i

i I

I

Tỉ số ngắn mạch :

Với In0 - dòng stato khi U =0

ứng với It0(dòng kích từ rôto)

sinh ra E0( = Uđm)

I t0 - dòng kích từ không tải

Itn - dòng kích từ ngắn mạch với dòng máy phát I= In = Iđm

U = f(I) khi

it = const; cos = const và f = fđm

1.3 Đặc tính ngoài

100U

It = f(I) khi U = const; cos = const và f = fđm

1 4 Đặc tính điều chỉnh

2 Máy phát điện đồng bộ làm việc song song

2.1 Điều kiện để các MPĐ làm việc song song

- Điện áp của MPĐ UF phải bằng điện áp của lưới điện UL

- Tần số của máy phát f F phải bằng tần số của lưới điện fL

- Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự pha của lưới điện

- Điện áp của máy và của lưới phải trùng pha nhau

2.2 Hòa đồng bộ (cho MPĐ làm việc song song_

Hòa đồng bộ chính xác kiểu ánh sáng

a Hòa đồng bộ kiểu ánh sáng nối tối

b Hòa đồng bộ kiểu ánh sáng quay

Giải thích phương pháp hòa đồng bộ kiểu ánh sáng

Các phương pháp hòa đồng bộ khác

-Kiểu điện từ : Sử dụng thiết bị CỘT ĐỒNG BỘ

-Kiểu tự đồng bộ…

2.3 Điều chỉnh công suất P,Q của máy phát đồng bộ

- Điều chỉnh công suất tác dụng p của mpđđb

Là điều chỉnh công suất cơ của động cơ sơ cấp



 ( 1 1 )sin 2

2sin

2

d q

mU x

mUE

m d

q

2

m d

x

1 x

1 ( 2

mU sin





Với máy cực ẩn

- Điều chỉnh công suất phản kháng của mpđđb

) 1 1

( 2

2 cos ) 1 1

( 2 cos

2 2

d q

d q

mU x

x

mU x

mUE

Từ phương trình:

→ Điều chỉnh q bằng cách: thay đổi

dòng kích từ It → E thay đổi → Q thay đổi

Đặc tính hình V

φ>0 φ<0

Tải dung C Tải cảm L

Họ đặc tính :I(it)

Ưùng dụng:làm tải C hoặc L cho lưới điện

Chương 4 Động cơ và máy bù đồng bộ

1 Các phương pháp mở máy ĐCĐĐB

1.1 Mở máy theo phương pháp không đồng bộ

Kết cấu : mặt cực từ đặt dây quấn lồng sóc

Sơ đồ mở máy: a mở máy gián tiếp kiểu không đồng bộ;

b mở máy trực tiếp

 Mở máy trực tiếp: Nối thẳng dây quấn kích từ trong suốt quá trình mở máy

1.2 Các phương pháp mở máy khác

2 Các đặc tính làm việc của động cơ điện đồng bộ

-P1(P2) -I1(P2) -Cosφ (P2) -η(P2)

3 Máy bù đồng bộ

3.1 Kết cấu: như động cơ đồng bộ – họ đặc tính V – ngược MPĐ

3.2 Các chế độ làm việc:

- Quá kích thích

- Thiếu kích thích

φ <0

φ >0 Tải cảm Tải dung

3.3 Công suất máy bù và khả năng bù của mbđb

- Công suất máy bù

Sđm = mUđm.Iđm ; Ṡ = P + jQ ,

với P và Q là công suất tác dụng và phản kháng của máy bù Thông thường Q >> P

Khi bù điện dung (quá kích thích) Q<0 ;

Khi bù điện cảm (thiếu kích thích) Q>0 ;

Công suất toàn hệ thống: khi có maý bù bằng công suất hiện hành cộng với công suất máy bu.ø

Ṡ = P - jQ Ṡ = P + jQ

Ví dụ:

Một lưới điện có công suất 100 + j100 (KVA);

khi cho một máy bù có công suất 10 -j90(KVA) làm việc,

thì tổng công suất toàn hệ thống lúc đó là :

S =(100 +10) +j(100 – 90) = 110 +j10 (KVA)

đm d

đm

x

U j jx

x

U m I

U m S

2 '

đm

đm

d đm đm

đm

U x

I U

U S

BÀI TẬP ỨNG DỤNG MĐĐB

GS:Vuõ Gia Hanh