Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ 3.1 Đại cương.. Quan hệ điện từ trong m.đ.đ.b bao gồm các phương trình điện áp, đồ thị véc tơ, giản đồ năng lượng vμ công suất điện từ của máy điệ
Trang 1Chương 3
Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ 3.1 Đại cương
Quan hệ điện từ trong m.đ.đ.b bao gồm các phương trình điện áp, đồ thị véc tơ, giản đồ năng lượng vμ công suất điện từ của máy điện đồng bộ
3.2 Phương trình điện áp vμ đồ thị véc tơ
Chế độ tải đối xứng ta chỉ cần xét cho một pha
Đối với máy phát điện:
3-1
) jx (r I E
U& = &δ ư & u + σ u
Đối với động cơ vμ máy bù đồng bộ:
3-2
) jx (r I E
U& = &δ + & u + σ u
Trong đó: U lμ điện áp đầu cực của máy, r ư vμ xσư lμ điện trở vμ điện kháng tản của dây quấn phần ứng;
Eδ lμ s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe hở
Khi mạch từ không bảo hoμ, áp dụng nguyên lý xếp chồng ta có:
3-3
u E E
E&δ = &0 + &
Khi mạch từ bảo hoμ ta phải xác định F&δ =F&0 + F&urồi suy ra E&δ
1 Trường hợp máy phát điện
a/ Khi mạch từ không bảo hoμ
Giả sử tải đối xứng vμ có tính cảm
(0 < ψ < 90 0 )
-/ Máy cực ẩn:
Phương trình cân bằng điện áp lμ:
) jx (r I E
E
Chương 2 ta đã xác định được
nên
u
u j I x
u db u
σu
u jx ) I r E j I x I r (x
I j.
E
U& = & ư & + ư & = & ư & ư &
3.5
trong đó x đb = x ư + xσư lμ điện kháng đồng bộ, thường x đb = 0,7 - 1,6
Đồ thị véc tơ như hình 3.1
- / Máy cực lồi
Ta phân s.t.đ phần ứng F ư thμnh F ưd vμ F ưq, từ thông tương ứng với các s.t.đ đó sẽ cảm nên các s.đ.đ: E&ud =ư j I&d x ud vμ E&uq = ư j I&q x uq Phương trình cân bằng điện áp có dạng
Trang 23.6
u σu uq
ud σu
u uq
ud E I (r x ) E j I x j I x j I x I r E
E
U& = & + & + & ư & + = & ư & ư & ư & ư &
Đồ thị véc tơ như hình 3.2 có tên
gọi lμ đồ thị Blondel
Hình 3.2 Đồ thị s.đ.đ máy phát điện đồng bộ cực lồi
Véc tơ do từ thông tản
của từ trường phần ứng sinh ra không
phụ thuộc vμo từ dẫn hướng dọc vμ
ngang trục, tuy nhiên ta cũng có thể
phân tích chúng theo 2 hướng dọc vμ
ngang trục:
u
x I
j & σ
ư
u d u q
u u
u
x I j x I
j
) sin x I cos x I
j(
x
I
j.
σ σ
σ σ
&
&
&
&
&
ư
ư
=
=
ư
ư
=
ư
vμ phương trình điện áp được viết lại:
u q q d d u
σu uq σu
ud
d (x x ) j I (x x ) I r E j I x j I x I r
I
j
E
U& = & ư & + ư & + ư & = & ư & ư & ư & 3.7 Trong đó:
x d = x ưd + xσư gọi lμ điện kháng đồng bộ dọc trục, thường x d = 0,7 - 1,2
x q = x ưq + xσư gọi lμ điện kháng đồng bộ ngang trục, thường x q = 0,46 - 0,76
Đồ thị véc tơ ứng với phương trình 3.7 như hình 3.3
b/ Khi mạch từ bảo hoμ
Khi mạch từ bảo hoμ vì các hệ số kμd vμ kμq rất khó tính chính xác nên ta phải vẽ kết hợp đồ thị s.t.đ vμ s.đ.đ với đường cong không tải Đồ thị nμy được gọi lμ đồ thị s.t.đ.đ, có tên lμ đồ thị Pôchiê
- Máy cực ẩn:
Giả sử U, I, cosϕ, r ư , xσư vμ đặc tính không tải đã biết, để thμnh lập đồ thị s.t.đ.đ trên
trục tung của đặc tính không tải, ta đặt véc tơ U vμ véc tơ I chậm sau U một góc ϕ
Hình 3.3 Đồ thị s.đ.đ máy phát
Trang 3Cộng U với vμ được Trên trục hoμnh đặt rồi cộng với hợp với
trục hoμnh một góc 90
u r
0 + (ϕ + δ), tìm được Từ đồ thị nμy xác định được ΔU = E - U
0
F&
đm, thường = (5 - 10)%
- Với máy phát đồng bộ cực lồi, việc thμnh lập chính xác đồ thị véc tơ lμ rất khó, vì φd
vμ φq hổ cảm với nhau, hơn nữa mức độ bảo hoμ theo 2 hướng lại khác nhau Như vậy x ưd
vμ x ưq phụ thuộc cả vμo φd vμ φq Để đơn giản ta coi x ưd chỉ phụ thuộc vμo φd vμ x ưq chỉ phụ thuộc vμo φq vμ kμq đã biết Khi
đó sau khi đã vẽ các véc tơ U, Ir ư
vμ jI.xσư được , hình 3.5a, theo
hướng jI.x
δ
E&
ψ
cos I.xuq E uq
định được phương của E Trị số
x ưq có thể tính hoặc lấy bằng 1,1
- 1,15 Từ hình 3.5b ta cũng xác
định được CD qua OA = F' ưq =
k q F ưq , sau đó xác định được Eδd
= OF = MP, lấy MN = F' ưd =
k d F ưd chiếu lên ta được E
Hình 3-6 Cách xây dựng đồ thị véc tơ s.t.đ.đ
của máy đồng bộ cực lồi
2 Trường hợp động cơ điện
Động cơ điện đồng bộ có cấu tạo cực lồi vì vậy phương trình điện áp sẽ lμ:
u q q d d u
u uq ud u
r
I
E
U& = &δ + & ( + σ ) = & + & + & + & ( + σ ) = & + & + & + & 3.8
Hình 3-7 Giản đồ năng lượng a) máy phát; b) động cơ
Hình 3-6 Đồ thị véc tơ Động cơ đồ
a) Thiếu kích thích; b) Quá kích thích
ng bộ
3.3 Giản đồ năng lượng của máy điện đồng bộ
Máy phát: P đt = P 1 - (p cơ + p t + p f ) vμ P 2 = P đt - p cu - p fe
Động cơ: P đt = P 1 - p cu - p fe vμ P 2 = P đt - (p cơ + p t + p f )
Trang 43.4 Các đặc tính góc của máy điện đồng bộ
1 Đặc tính góc công suất tác dụng
P = f(θ) khi E = const, U = const, với θ lμ góc tải giữa véc tơ E vμ U
Để đơn giản ta bỏ qua r ư vì nó rất bé so với (x đb , x d , x q ) Công suất đầu cực của máy
đồng bộ bằng: P = mUIcosϕ
Theo đồ thị véc tơ hình 3.3 ta có:
Hình 3-8 Sự tạo nên P U
d d
x
Ucosθ
E
q q
x
U.sinθ
I = vμ ϕ = ψ - θ 3.9
Do đó: P = mUIcosϕ = mUIcos(ψ - θ)
= mU(Icosψ.cosθ + Isinψ.sinθ)
P = mU(I q cosθ + I d sinθ), thay I d vμ I q vμo ta có:
x
mU θ sin x
mEU cosθ
θ sin x
mU
P
d 2
d q
2
ư +
=
Hay
)sin2θ x
1 x
1 ( 2
mU sinθ x
mUE
P
d q 2
d
ư +
Từ biểu thức 3.10 ta thấy công suất tác dụng của máy đồng bộ cực ẩn có hai phần Một
phần P e tỷ lệ với sinθ vμ phụ thuộc vμo kích từ; một phần P u tỷ lệ với sin2θ không phụ thuộc vμo kích từ Như vậy đối với máy phát đồng bộ cực lồi khi mất kích từ công suất tác
dụng vẫn có một lượng nhỏ lμ P u Người ta ứng dụng điều nμy để chế ra các động cơ điện phản kháng có công suất cơ vμi chục oát
- Với máy đồng bộ cực ẩn vì x d = x q nên sinθ
x
UE m P
db
Đặc tính góc công suất tác dụng máy điện đồng bộ như hình 3.9
Hình 3-9 Đặc tính góc công suất tác dụng a) máy cực lồi; b) máy cực ẩn
Trang 52 Đặc tính góc công suất phản kháng
Công suất phản kháng của máy điện đồng bộ được tính:
Q = mUIsinϕ = mUIsin(ψ - θ) = mU(Isinψ ψ.cos cosθ θ + Icos + Icosψ ψ.sin sinθ θ) )
Q = mU(I d cosθ - I q sinθ)
Q = mU(I d cosθ - I q sinθ)
Thay I d vμ I q vμo ta có:
Thay I d vμ I q vμo ta có:
) x
1 x
1 ( 2
mU )cos2θ x
1 x
1 ( 2
mU cosθ x
mUE
Q
d q 2
d q 2
d
+
ư
ư +
=
Đặc tính góc công suất phản kháng của máy điện đồng bộ như hình 3.11
Khi -θ' < θ < +θ' máy phát công suất phản kháng vμo lưới, ngoμi phạm vi trên máy
tiêu thụ công suất phản kháng
Hình 3-10 Từ trường khe hở
a) máy phát, b) động cơ
Hình 3-11 Đặc tính góc công suất phản kháng máy cực lồi
