[r]
Trang 1BÀI 4: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
a) Định nghĩa
b) Phân loại
- Phân loại theo kết cấu
- Phân loại theo chức năng
+ máy phát điện đồng bộ: cơ năng thành điện năng
1 KHÁI NIỆM CHUNG
Rôto cực ẩn Rôto cực lồi
+ đồng cơ điện đồng bộ: điện năng thành cơ năng
+ máy bù đồng bộ: phát ra công suất kháng để nâng cao cos và ổn định áp
Tốc độ quay rôto n bằng tốc độ từ trường n1 Gồm có hai cuộn dây, dây quấn stato nối với lưới điện có tần số f, dây quấn rôto được kích thích bằng dòng một chiều
Trang 22 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
a STATO
Dây quấn kích từ (dây quấn phần cảm)
Lõi thép stato
b RÔTO
Lõi thép rôtoDây quấn stato (dây quấn phần ứng)
Rôto cực ẩn: làm bằng thép hợp kim, được rèn thành khối hình trụ, sau đó gia công và phay
rảnh để đặt dây quấn kích từ
+ ít đôi cực
+ tốc độ cao
+ đường kính nhỏ
+ rôto dài
Lõi thép stato
Dây quấn stato (dây quấn phần ứng)
Trang 3Rôto cực lồi
+ nhiều đôi cực
+ tốc độ thấp
+ đường kính lớn
+ chiều dài rôto ngắn
dây quấn kích từ
cực từ
Hai đầu dây quấn kích từ luồn trong trục và nối với 2 vành trượt đặt ở đầu trục nối với nguồn điện bên ngoài qua chổi than cổ góp.
3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Nguyên lý máy phát điện đồng
bộ
Cho dòng điện kích từ vào dây
quấn kích từ để tạo ra từ
trường rôto Khi quay rôto
bằng động cơ sơ cấp, từ
trường rôto sẽ cắt từ trường
stato, và cảm ứng bên stato
sức điện động xoay chiều hình
sin:
Trang 4- Sức điện động cảm ứng xoay chiều hình sin:
= sức điện động pha
= số vòng dây quấn 1 pha
= hệ số dây quấn
= từ thông cực từ rôto
- Nếu rôto có p đôi cực, khi rôto quay một vòng, sức điện động phần ứng sẽ biến thiên p chu kỳ Do đó tần số sức điện động là:
- Dây quấn ba pha có trục lệch góc 120o trong không gian, nên sức điện động
các pha lệch 120o về thời gian Dây quấn các pha nối với tải, sẽ có dòng điện
pha, dòng điện ba pha tạo nên từ trường quay với tốc độ:
máy điện đồng bộ
Nguyên lý máy phát điện đồng bộ
(3.1)
(3.2)
0 1 1
f
1
Trang 5a Trường hợp tải thuần trở
4 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Phản ứng phần ứng ngang trục
b Trường hợp tải thuần cảm
Phản ứng phần ứng dọc trục khử từ
c Trường hợp tải thuần dung
Phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ
d Trường hợp tải bất ky
trợ từ hoặc khử từ
Từ thông cực từ
Tác dụng của từ
trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần
ứng
Dòng điện tải Sức điện động cảm ứng
Trang 65 MÔ HÌNH TOÁN HỌC MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
1 Chế độ máy phát điện
a) Phương trình cân bằng áp máy phát điện đồng bộ cực lồi
là điện kháng phản ứng phần ứng ngang trục, dọc trụcSức điện động đặc trưng bởi điện kháng tản
Phương trình cân bằng áp:
: điện kháng đồng bộ dọc trục: điện kháng đồng bộ ngang trục
(5.1)(5.2)
(5.3)
(5.4)
Từ trường chính
ngang trục, dọc
trục tạo nên các
sức điện động:
d t
ö t
öq q t
öd d
ö t
q t
d öq
q öd
d
r I X X
Ij X
X Ij E
r I X Ij X
Ij X
Ij X
Ij E
) (
0 0
ö q
q d
d X Ij X I r Ij
E
t öd
d X X
t öq
Trang 7Điện áp rơi trên dây quấn phần ứng
(5.5)
Giản đồ véctơ điện áp
Cực lồi
q q d
d X Ij X Ij
E
U 0
Trang 8b) Phương trình cân bằng áp máy phát điện đồng bộ cực ẩn
2 Chế độ động cơ điện
Biến đổi điện năng thành cơ năng
Vì động cơ đồng bộ thường có dạng cực lồi nên
(5.6)
Với động cơ đồng bộ cực ẩn:
Cực ẩn
ñb q
ñb q
d I X I
j E
U 0 ( )
ñb
X Ij E
U 0
ö q
q d
dX Ij X I r Ij
E
U 0
q q d
d X Ij X Ij
E
U 0 0
ö
r
Trang 96 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ CỰC LỒI
a Công suất tác dụng
Công suất tác dụng của máy phát cung cấp cho tải
là điện áp pha và dòng điện pha là số pha
(6.3) mà
U E
mU X
U mU P
0
d q
d
U m X
E mU P
q
d X
X
Trang 10nếu thì công suất điện từ trở thành
(6.4)
Đặc tính gọi là đặc tính góc công suất
Khi tải định mức:
)(
f P
Trang 11b Công suất phản kháng
Công suất phản kháng của máy phát điện cung cấp cho tải
sin
mUI mUI Q
U E
mU Q
) 1 1
( 2
2 cos ) 1 1
( 2
cos
d q
d q
mU X
X
mU X
E U m
ñb q
E U m
Q . 0 cos 2
Trang 12c Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất kháng
+ Điều chỉnh công suất tác dụng
Điều chỉnh công suất cơ ngõ vào (tua bin nước, tua bin hơi, tua bin khí,…)+ Điều chỉnh công suất kháng
Khi U, P, f không đổi thì:
(6.7)
Muốn thay đổi Q → thay đổi E0 → thay đổi dòng điện kích từ Khi tăng kích từ thì
Q tăng, khi giảm kích từ thì Q giảm
ñb
X
U E
Trang 137 CÁC LOẠI TỔN HAO, HIỆU SUẤT, VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
a Các loại tổn hao
+ tổn hao đồng ∆Pcu : ở dây quấn stato
+ tổn hao thép ∆PFe : ở mạch từ, phụ thuộc B, f, thép
+ tổn hao kích từ ∆Pt : ở cuộn dây kích từ
+ tổn hao phụ ∆Pf : do dòng điện xoáy và sóng hài
bậc cao
+ tổn hao cơ ∆Pcơ
b Cân bằng năng lượng
+ chế độ máy phát điện
(7.1) (7.2)
f t
cô
Fe cu
P
P2
Trang 14+ chế độ động cơ điện (7.3)
(7.4)
Fe Cu
Cô f
t
P
Trang 152
P
cô f
t Fe
Trang 168 CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VỚI TẢI ĐỐI XỨNG
a Đặc tính không tải
Hình 4.9 Đặc tính không tải máy phát điện
) (
0
0 U f i kt
Trang 17b Đặc tính ngoài
Độ thay đổi điện áp đầu cực máy phát khi tải định mức so với khi không tải là:
(7.6)
Đối với tải R, L khi tải tăng thì U giảm
Đối với tải C khi tải tăng thì U tăng
%100
ñm
ñm ñm
ñm
U
U
E U
U U
Trang 18c Đặc tính điều chỉnh
Trang 19d Đặc tính ngắn mạch
Trang 20* Tỉ số ngắn mạch:
trong đó là dòng ngắn mạch ứng với dòng điện kích từ sinh ra
là dòng điện định mức
mà
+ máy phát tua bin nước K=0.8÷1.8
+ máy phát tua bin hơi K=0.5÷1.0
Kết luận: Dòng ngắn mạch xác lập của máy phát điện đồng bộ không lớn ứng do
tác động khử rất mạnh của phản ứng phần ứng
d d
dñm ñm
d
ñm
X X
X X
X I
X U
Trang 218 MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC SONG SONG
a Đại cương
b Máy phát điện làm việc song song
Điều kiện để máy phát điện đồng bộ làm việc song song:
+ cùng điện áp (biên độ và góc pha).+ cùng tần số
+ cùng thứ tự pha
Có hai phương pháp hòa đồng bộ:
+ Hòa đồng bộ chính xác
+ Hòa đồng bộ không chính xác
- Hệ thống điện có nhiều máy phát điện làm việc song song
- Việc nối các máy phát điện làm việc chung là cần thiết nhằm giảm vốn đầu tư nguồn dự phòng, đảm bảo cung cấp điện liên tục, sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng, …
Trị tức thời của điện áp máy phát
và hệ thống phải bằng nhau
Trang 221 Các phương pháp hòa đồng bộ chính xác:
a) Hòa đồng bộ kiểu ánh sáng.
+ Hòa đồng bộ kiểu nối tối.
Các ngọn đèn 1,2,3 được nối tương ứng qua cầu dao
Quá trình vận hành phải thường xuyên điều chỉnh UF và fF
Điện áp được kiểm tra nhờ Vôn kế
Tần số và góc pha được kiểm tra bằng đèn 1,2,3
Đèn tắt thì đóng máy phát vào lưới điện
+ Hòa đồng bộ kiểu ánh sáng quay.
Hai trong 3 ngọn đèn phải nối chéo với các đầu không tương ứng qua cầu dao Trong quá trình ghép song song, nếu thứ tự pha giống nhau, thì khi fF ≠ fL
Các đèn 1,2,3 sẽ lần lược sáng tối tạo thành ánh sáng quay
Trang 23b) Hòa đồng bộ dùng bộ đồng bộ kiểu điện từ
+ vôn kế chỉ thị UF và UL
+ tần số kế chi thị fF và fL
+ đồng bộ kế có kim quay với tần số f F - f L Tốc độ quay phụ thuộc vào độ lớn
fF - fL Chiều quay phụ thuộc vào fF > fL hay fF < fL
Khi UF = UL và kim quay thật chậm, thì thời điểm đóng cầu dao là lúc kim trùng với đường thẳng đứng và hướng lên trên
2 Hòa đồng bộ không chính xác (pp tự đồng bộ)
Máy phát điện không được kích thích (UF =0), không cần kiểm tra tần số, biên độ, góc pha điện áp, cứ việc đóng cầu dao nối máy phát vào lưới điện Sau đó lập tức cấp kích từ vào máy phát, do tác dụng của mô men đồng bộ, máy phát điện bị cuốn vào tốc độ đồng bộ (fF = fL ), quá trình ghép máy phát điện làm việc song song được hoàn thành
Trang 249 MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC VỚI TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG
- Áp không đối xứng
b) Ngắn mạch không đối xứng
a) Ảnh hưởng của tải không đối xứng đối với máy phát điện đồng bộ
- Tổn hao tăng và rôto nóng
- Hiện tượng máy rung
- Ngắn mạch một pha
- Ngắn mạch hai pha
10 DAO ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
11 ĐỘNG CƠ VÀ MÁY BÙ ĐỒNG BỘ