Bài giảng Kỹ thuật điện 2 - Chương 3: Máy điện đồng bộ

Nội dung chương 3 trình bày về máy điện đồng bộ; đặc tính không tải, ngắn mạch; thí nghiệm ngắn mạch; máy phát điện đồng bộ; đặc tính vận hành của máy phát đồng bộ ở xác lập; phân bố công suất của máy phát đồng bộ.

Chương 3: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

I Tổng quan

θe αe X

Axe bobine

a a' a

A Máy điện đồng bộ có rotor cực từ ẩn:

ψa= L aa +L al i a+L aa i b+i c +L af I f

) cos(

f af a s a

a L i λ

λ = + λaf =L af I f cos(ωt+θo)

f af

a as a a

dt

d I L dt

di L dt

d dt

e = −ω ω +θ

) 2

ph dq f

af rms

2

1 2

1

) (

Với từ thông kích từ: Φaf =L af I f

af

a as

dt

di L

af a as

Động cơ:

af a

s a

a

U & = & + & + &

af ph dq

E = 2π Φ

Máy phát:

a s a

a af

al A al aa

If

Rf

n

a A

II.2 Đặc tính không tải, ngắn mạch

Thí nghiệm không tải:

af s dqs

E = 2 π Φ

Đặc tính không tải Thí nghiệm không tải giúp xác định được “đặc tính không tải” Từ đó xác định

“đặc tính khe hở”

U

RajXs

Ngòai ra, thí nghiệm không tải xác định được tổn hao không tải.Trong đó có tổn hao cơ (không đổi do tốc độ cố định) và tổn hao sắt (do tần số không đổi nên tổn hao sắt tỷ lệ với bình phương biên độ từ thông)

Tổn hao sắt phụ thuộc vào từ thông (hay điện áp không tải)

Từ thông khe hở rất nhỏ (tỷ lệ với ER, khoảng 15% từ thông định mức) nên

mạch từ trong thí nghiệm ngắn mạch này chưa bảo hòa Thông số tính được sẽ

không sát với thực tế khi máy điện làm việc ở từ thông định mức

Đo dòng được kích từ, và dựa theo đặt tính khe hở, xác định được Eaf,δ là sức điện động tương ứng với mạch từ còn tuyến tính, chưa bảo hòa

Khi mạch từ chưa bảo hòa, bỏ qua điện trở phần ứng, có thể tính điện kháng

đồng bộ chưa bảo hòa:

đm a

af s

I

E X

,

, ,

δ

δ =

_ Điện kháng đồng bộ chưa bảo hoà: tính theo đặc tính khe hở (Eaf,δ )

Chú ý: Có thể tính Điện kháng đồng bộ chưa bảo hoà ở điểm khác I a,đm nhưng phải thuộc đặc tính khe hở.

Đặc tính ngắn mạch khi mạch từ chưa bảo hòa

Tuy nhiên, khi máy điện làm việc ở từ thông khe hở gần định mức, điện

kháng đồng bộ bảo hòa được tính gần đúng:

sc a

đm a s

I

U X

If

(I a, đm )

Trong đó, Ua,đm là sức điện động xác định theo đặc tính không tải và có giá trị bằng điện áp điện áp định mức Và Ia,sc là dòng điện ngắn mạch tương ứng với sức điện động này

Tỷ số ngắn mạch:

* ,

,

, , , ,

,

, ,

, ,

,

'

1

s s

đm a

đm a

sc a

đm a

đm a

đm a

đm a

đm a

đm a

sc a

đm a

sc a

f

f n

X X

I U

I U I U U

U I

I I

I I

Ví dụ 3: (EX 5.5-p265) (trang 226)

II.2 Đặc tính công suất – góc ở xác lập

I Z E

E &1− &2 = &s& Z &s = Ra + jXs = Zs∠ ϕZ

Tải RL, ϕ2 > 0 Tải RC, ϕ2 < 0

o s

o

Z

E E

Z

E E

I

ϕ

δ δ

( )

s

a Z

Z

R

= ϕ

s

s Z

Z

X

= ϕ sin

s

a Z

X

R arctg

) cos(

2 2 2

1

s

a Z

o

R E Z

E

E

( ) 2222

1

s

a Z

R E Z

E E

) sin(

2 2 2

1

s

s Z

o

X E Z

1

s

s Z

o

X E Z

1

s

s Z

X E Z

E E

Giả sử bỏ qua Ra (khi Ra << Xs, αZ ≈ 0):

δ sin2 1 2

s

X

E E

P =

s

E X

E E Q

2 2 2

X

U E

P =

s s

af t

X

U X

U E Q

+

s

af s

t t

X

U E X

U Q P

Khi máy phát cấp điện cho tải Thévenin:

sin

EQ s

EQ af

X X

U E P

+

=

EQ s

EQ EQ

s

EQ af

X X

U X

X

U E Q

+

− +

=

2cosδ

Tương tự, tính công suất cung cấp CHO nguồn E1:

s

a Z

R E Z

E E

R E Z

E E

P = − δ + α −

Hay, công suất cung cấp BỞI nguồn E1:

( ) 12 22

1

s

a Z

R E Z

X E Z

E E

Eaf

n

jXEQ

UEQ

Khi bỏ qua Ra: 1 2 sin ( ) δ

2 1

s

Z

E E P

P = =

s

X

E E P

max 2 max

t

X

U E UI

Zt

E2

RajXs

Tải

Eaf

n

δ π

3 2

1

s

af e

X

UE f

p P

T = ≈ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞

s

af eMAX

X

UE f

af

t

X

U X

U

E

Q

23 cos

Đặc tuyến tải của MPĐB Đặc tuyến công suất phản kháng MPĐB

δ sin 3

s

af t

X

U E

P =

s s

af t

X

U X

U E Q

23 cos

100 200 300 400 500 600

Pnet δ( )

M W ⋅ Pnetwork

M W ⋅

δ deg

Ví dụ 5: (EX 5.7-p272) (trang 241)

II.3 Đặc tính vận hành của máy phát đồng bộ ở xác lập

Giới hạn công suất phản kháng của máy điện động bộ

s s

af

t

X

U X

U

E

Q

23 cos

+

s

af s

t

U E X

U Q P

Giới hạn công suất máy điện đồng bộ

Đặc tính hình V

II.4 Phân bố công suất của máy phát đồng bộ

II.5 Ghép song song máy phát điện đồng bộ

Power Plants Around the World photo gallery landing page:

U & = &af + s& , U ∠ 0o = Eaf∠ δ + jXsI ∠ ( ) − ϕ

U

jXsIa

Eaf

n

III.2 Đặc tính công suất - góc

( ) 12 22

1

s

a Z

R E Z

1

s

s Z

X E Z

E E

Q = − δ − α +

Đặc tuyến công suất – góc tải của ĐCĐB Đặc tuyến CSPK – góc tải của ĐCĐB

U

Q = −

Q > 0, tải cảm (RL)

δ π

3 2

1

s

af e

X

UE f

p P

T = ≈ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞

s

af eMAX

X

UE f

p

=

Nhận xét:

ƒ Khi δ < 90o, nếu rotor chậm lại → δ tăng → P tăng → rotor nhanh hơn

ƒ Khi δ > 90o, nếu rotor chậm lại → δ tăng → P giảm → rotor chậm hơn nữa → mất ổn định, động cơ đồng bộ dừng luôn

Câu hỏi:

_ Khởi động động cơ như thế nào?

_ Moment khởi động lớn hay nhỏ, có kéo nổi tải có quán tính lớn như tàu điện không?

III.3 Đặc tính vận hành của động cơ đồng bộ ở xác lập

Đặc tính hình V của ĐCĐB

Đặc tính hình V ngược của ĐCĐB If

cosϕ

0

Tải trở (R)

Sớm (RC) Trễ (RL)

Thiếu kt Thừa kt

ϕ > 0

ϕ < 0

Điều chỉnh tăng hệ số công suất cosϕ

III.4 Phân bố công suất của động cơ đồng bộ

Ví dụ 6: (EX 5.8-p279) (trang 244)

================= HẾT =======================

Từ trường quay khi có tải Mạch tương đương ĐCĐB

MÁY PHÁT:

Mạch tương đương của MPĐB Từ trường quay trong MPĐB (quá kích từ)

B Máy điện đồng bộ có rotor cực từ lồi:

-θe αe

X

Axe bobine

a a' a

U

RajXA

d a

a q a

R

U & + & + & sẽ xác định phương Eaf

Khi tính gần đúng có thể xem máy đồng bộ cực từ lồi giống như máy cực từ ẩn,

khi đó Xq = Xd và:

a d a

a q

d d

d a

a

E & = & + & + & + & = & + & + &

Khi làm việc ở định mức, sự sai biệt là không nhiều Nhưng khi làm việc ở thiếu kích từ thì

sự sai biệt sẽ đáng kể

n

jXEQ

VEQ

(sin(2δ) = 2sinδ.cosδ )

tạo ra moment phảng kháng (từ trở) có xu hưởng làm thẳng hàng rotor

Khi máy phát định mức, thành phần này khoảng 10% Thành phần này

Nhờ thành phần từ trở này mà δ nhỏ hơn, máy cực từ lồi làm việc ổn định hơn máy cực từ ẩn