MÁY ĐIỆN II PHẠM THÁI ĐIỀN

Máy điện 2 Tác giả Phạm Thái Điền bao gồm phần kiến thức lý thuyết,bài tập, bài giải hứng dẫn bài tập và đề thi. Tài liệu có thể làm tài liệu trong quá trình học tập và ôn tập trong các kỳ thi. Trong quá trình tính toán chắc chắn có sự sai sót nên mong các bạn đọc thông cảm.

BÀI TẬP VÀ ĐỀ THI MÁY ĐIỆN II

CẦN THƠ 2020

MỤC LỤC

Phần II: Lời giải bài tập máy điện đồng bộ 63

Phần III: Lời giải động cơ một chiều kích từ song song 115

Phần V: Lời giải tham khảo cho đề thi 144

PHẦN I TÓM TẮT VÀ LÝ THUYẾT

MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

1 TÓM TẮT LÝ THUYẾT

A Máy phát xoay chiều đồng bộ ba pha

Cấu tạo của máy phát điện đồng bộ ba pha

Stator: Gồm có lõi thép và dây quấn Lõi thép làm bằng vật liệu sắt từ tốt, nghĩa là có

từ trở nhỏ và điện trở suất lớn Loại vận tốc chậm có chiều dài dọc trục ngắn; còn loại tốc

độ nhanh chiều dài dọc trục lớn gấp đường kính nhiều lần, ngoài ra trong stator còn có hệ thống làm mát

Rotor

Rotor cực lồi: dạng của mặt cực được thiết kế sao cho khep không khí không đều, mục đích để từ cảm trong khe không khí có phân bố hình sin và do đó sức điện động cảm ứng trong dây quấn cũng có hình sin Loại rotor cực lồi được dùng trong máy phát kéo bởi tua bin vận tốc rất chậm Lúc đó rotor sẽ có nhiều cực và chiều dài ngắn

Rotor cực ẩn: khe không khí đều và rotor chỉ có hai hoặc bốn cực, loại rotor cực ẩn được dùng trong máy phát kéo bởi tuốc bin vận tốc nhanh Vì vận tốc quay lớn nên để chống lực ly tâm, rotor được chế tạo nguyên khối và có đường kính nhỏ

Bộ kích từ: Dây quấn kích từ trên rotor được cung cấp dòng một chiều để tạo ra từ thông không đổi theo thời gian

Nguyên lý làm việc của máy phát đồng bộ

(a) Máy phát đồng bộ 3 pha hai cực đơn giản (b) Biểu diễn đơn

giản của máy phát đồng bộ

(a)

Tần số phát ra:

60

np

f 

)120tsin(

2E)t(

)240tsin(

2E)t(

Tải thuần cảm

Tải thuần dung

Phương trình điện áp của máy phát đồng bộ cực từ ẩn

ö ö

ö ö

• S t

•

• S

• t

• g

•

I Z + U

= I jX + I R + U

= EPhương trình điện áp của máy phát đồng bộ cực từ lồi

q q d d u u t

Đặc tính không tải và đặc tính ngắn mạch (giống máy điện không đồng bộ và máy

biến áp)

Đặc tính góc – công suất ở trạng thái xác lập máy cực từ ẩn

Công suất tải nhận được

P2 = E2.I2.cos2

Z

E E

E Z

Hình 2.33 (a) Mạch tương 1 pha của máy đồng bộ

(b) Đồ thị vectơ khi tải cảm

(c) Đồ thị vectơ khi tải dung

C

B

A (c)

2

.)sin(

Z

R E Z

1 0

1

1

.)sin(

Z

R E Z

Khi máy phát đồng bộ có điện kháng Xs nối vào

hệ thống có điện áp Uht nối tiếp với điện kháng

tương đương Xht, đặc tính góc - công suất có thể viết:

sin

qT dT

qT dT ht dT

ht

s

X X

X X U X

s ht s

ht s

X

U X

U E I

U

Q

2cos

.sin

Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng

- Điều chỉnh công suất tác dụng: Phải điều chỉnh công suất cơ của động cơ sơ cấp (tuabin hơi, khí,…)

- Điều chỉnh công suất phản kháng:

s

ht s

ht

X

U E

U

Q ( .cos  )

Khi giữ U, f và P không đổi, ta có:

Es.cos < U thì Q < 0: máy nhận Q, máy thiếu kích từ

I ư

Đặc tuyến hiệu chỉnh

Đặc tuyến ngoài

Đặc tính hình V của máy phát đồng bộ

cos  = 1 cos  trể

Máy phát đồng bộ làm việc song song (hoà vào hệ thống)

Thoả các điều kiện sau:

- Thứ tự pha của các máy làm việc song song phải giống nhau

- Điện áp các máy phải bằng nhau, điều chỉnh điện áp bằng cách chỉnh định dònh kích từ

- Tần số các máy phải bằng nhau, điều chỉnh tần số máy bằng cách chỉnh tốc độ động cơ kéo máy phát

Hiệu suất của máy phát điện đồng bộ

- Công suất cơ: P1 = M.ω do máy phát nhận từ động cơ sơ cấp, chịu các tổn hao sau:

- Tổn hao cơ: Pmq do ma sát, quạt gió, không phụ thuộc tải vì vận tốc không đổi

- Tổn hao từ+ Pt do dòng xoáy và từ trể trong mạch từ; phụ thuộc từ cảm cực đại Bm

- Tổng hao đồng trong dây quấn phần ứng: Pđư = 3.I2.Rư và trong dây quấn kích từ

- Tồn hao phụ: Pp do dòng xoáy trong dây dẫn phần ứng và do tổn hao lõi vì từ trường bị xoắn dạng

- Tổng tổn hao: Pth = Pmq+ Pt + Pđư + Pkt + Pp

= P1 - P2

- Hiệu suất:

100P

P

Pth 2

Đặc tuyến hiệu suất là đồ thị η theo Iư (hoặc theo Pt) khi tốc độ, Ut và cosφ không đổi Hiệu suất tăng rất nhanh từ 0, qua một cực đại rồi giảm xuống Hiệu suất cực đại xảy

ra khi dòng tải Iư có giá trị sao cho tổng tổn hao không phụ thuộc tải (Pmq + Pt + Pkt)

bằng tổn hao phụ tải (Pđư) Giá trị này có thể định trước ở giai đoạn thiết kế và thường không bằng Iđm vì ít khi máy chạy đầy tải liên tục

Động cơ xoay chiều đồng bộ 3 pha

Nguyên lý làm việc

Vận tốc đồng bộ:

f60

Trong đó: n1: vận tốc từ trường quay stato, vòng/phút

Mạch tương và đồ thị vectơ được cho như hình sau:

Từ mạch tương đương, công suất điện đưa vào động cơ:

Sau khi trừ đi tổn hao đồng trong dây quấn stator:

Vận hành động cơ đồng bộ kéo tải không đổi

và dòng kích từ được chỉnh để hệ số công

suất của động cơ không đổi

(a) Mạch tương đương; (b) cosφ trễ;

(c) cosφ = 1; (d) cosφ sớm; (e) bỏ qua R ư

Ta còn lại công suất cơ tổng:

PC  = P1 – 3.I2ư.Rư = 3.EmIưcos



X

UE

3

P

s

m 1

Tổn hao và hiệu suất

P1 = 3.U.Iư.cos là công suất vào động cơ

P2 = M là công suất ra

Pth = Pmq+ Pt + 3I2ưRư + Pkt + Pp

Các đặc tuyến của động cơ đồng bộ

Họ đường cong hình V khi công suất không đổi

Họ đường cong khi cosφ không đổi

Họ đường cong V ngược khi công suất không đổi

Mở máy động cơ đồng bộ

không tải 50% tải đầy tải

Quá trình động học của máy điện đồng bộ

Phương trình quan hệ điện cơ của máy phát đồng bộ

dientu

co M M dt

d

J 22  Trong đó:

 - vị trí góc của rotor

Mcơ – moment cơ học (có khuynh hướng gia tốc rotor)

Mđiện cơ – moment điện từ (có khuynh hướng giảm gia tốc)

Đối với động cơ đồng bộ M cơ , M điện cơ có dấu ngược lại

Thông thường viết góc  dưới dạng:

) (

d J

P1 22  

Đây là phương trình dao động được dùng để khảo sát quá trình quá độ điện cơ của máy đồng bộ

dientu co

db P P dt

d J

P1 . 22  

) (

d J

Trong đó:

Pd – công sủat cản dịu, liên quan đến dây quấn cản

Ps() – công suất đồng bộ theo góc tải 

Khi xét máy phát đồng bộ cực ẩn làm việc song song với lưới điện vô cùng lớn:

2 2

m d

co

dt

d P P dt

d J

2 2

s d

co

dt

d P P dt

d J

1 Iđm và tốc độ đồng bộ sơ cấp kéo máy phát

2 Điện áp không tải với giả thiết Ikt không đổi

3 Phải thay đổi Ikt bao nhiêu % so với Iktđm ở câu 1 và 2 để Utải = 6,3 kV với Itải = ½ Iđm và costải = 1 Giả thiết E0pha = f(Ikt) là tuyến tính

4 Nếu cho máy trên làm việc như một máy bù đồng bộ (động cơ đồng bộ làm việc không tải) người ta đo được I = Iđm ở câu 1 Hỏi Q máy bù phát ra nếu Ulưới = 6,3 kV và các tổn hao vẫn theo điều kiện đầu bài

Bài 2:

a - Hai máy phát đồng bộ 3 pha giống hệt nhau, nối hình sao, họat động ở điện áp 33 kV

và mỗi máy cung cấp 5 MW cho tải có tính cảm là 10 MW, hệ số công suất của hệ 2 máy

là 0,8 Điện kháng đồng bộ của mỗi máy là 6  Máy thứ nhất phát dòng trễ 125 A Tính:

1 Dòng và hệ số công suất của máy thứ 2

Diện tích  BCD = Diện tích  OAB

2 Góc tải và sức điện động kích từ của máy thứ 2

b – Một động cơ đồng bộ 3 pha có các thông số định mức như sau: 4 MW, 5 kV, 60 Hz, 200vòng/phút, hệ số công suất là 0,8 (có tính dung) Điện kháng đồng bộ là 11  Xác định: công suất biểu kiến, dòng stator, sức điện động kích từ và góc tải

Bài 3: Động cơ đồng bộ 3 pha, stator đấu Y, 4000 HP (1 HP = 746 W), 6600 V, 60 Hz,

điện kháng đồng bộ xđb = 11/pha, 200v/ph, làm việc ở tải định mức có hệ số công suất cos = 0,8 sớm, bỏ qua các tổn hao Tính:

a Công suất biểu kiến

b Dòng stator

c Sức điện động cảm ứng E0

d Vẽ giản đồ vectơ

e Góc tải 

Bài 4: Máy phát đồng bộ 3 pha 250 kVA, nối Y, 6 cực, 660 V có điện kháng đồng bộ xđb

= 1,2  (xem máy có rotor cực ẩn) Máy phát được kéo quay ở tốc độ 1000 vòng/phút Máy được nối vào một bus vô hạn có điện áp và tần số không thay đổi Tính:

a Tần số của điện áp phát ra

b Vẽ giản đồ vectơ của máy với tải định mức có hệ số công suất bằng 0,8 trễ

c Điện áp kích từ Ekt (đại lượng pha và dây)

d Góc công suất tương ứng

e Công suất cực đại mà máy phát có thể cung cấp nếu không điều chỉnh kích từ so với câu

c

Bây giờ xem máy phát có rotor cực lồi với xd = 1,2 , xq = 0,6 

f Vẽ giản đồ vectơ của máy với tải định mức có hệ số công suất 0,8 trễ (như câu b)

g Điện áp kích từ Ekt (pha và dây) So sánh với trường hợp rotor cực ẩn

h Góc công suất tương ứng So sánh với trường hợp rotor cực ẩn

Lúc này máy phát (rotor cực ẩn) được nối với một động cơ đồng bộ 200 kW, 2 cực, 660 V

có điện kháng đồng bộ xđb = 1,2  Máy phát và động cơ được điều chỉnh sao cho động cơ

mang tải định mức ở hệ số công suất là 1, điện áp đầu cực là định mức Sau đó giữ nguyên kích từ của máy phát và động cơ Bỏ qua các tổn hao

i Công suất cực đại mà động cơ có thể cung cấp

j Moment cực đại tương ứng

Bài 5: Một máy phát điện đồng bộ 3 pha, cực từ lồi, công suất 125 kVA, Uđm = 400 V, dây quấn stator nối Y, cosđm = 0,7 trễ, 2p = 4, f = 50 Hz, điện trở phần ứng Rư = 0,0347/pha, điện kháng tản từ phần ứng x ư = 0,172/pha, điện kháng phần ứng ngang trục và dọc trục lần lượt là xưq = 0,26/pha, xưd = 1,62/pha, làm việc ở tải định mức Tính:

a Góc  và góc tải 

b Sức điện động E0

c Công suất điện từ của máy

d Moment của động cơ sơ cấp, cho biết hiệu suất truyền là 0,92

e Moment cực đại Mmax và góc tải max tương ứng

Bài 6: Cho máy phát đồng bộ 3 pha, rotor cực từ ẩn có các thông số định mức: Sđm = 250 kVA, Uđm = 416 V, fđm = 50 Hz, 2p = 2, nối Y, điện kháng đồng bộ xđb = 0,3/pha, hiệu suất đm = 96% Điện trở dây quấn phần ứng coi như không đáng kể Dây quấn phần ứng

có tổng cộng s = 48 phần tử (bối dây), mỗi phần tử có Ws = 20 vòng, số mạch nhánh song song của mỗi dây quấn pha là a = 2, hệ số dây quấn là kdq = 0,82 Thử nghiệm không tải ở tốc độ n = 3000v/ph cho đặc tính:

Biết máy đang mang tải định mức có cosđm = 0,8 (trễ), hãy xác định:

1 Góc tải  và giá trị (dây và pha) của sức điện động cảm ứng Ef

2 Số vòng dây nối tiếp trên một pha W và từ thông  trong máy

3 Moment điện từ Mđt và moment cơ Mcơ cần cung cấp để quay máy phát

4 Dòng điện xác lập Inm trong dây quấn phần ứng nếu có sự cố ngắn mạch trên tòan bộ cực

ra của máy phát

5 Giả sử máy đang làm việc song song với lưới có cùng cấp điện áp và tần số thì động cơ truyền động sơ cấp đột ngột bị cắt khỏi máy, kích từ lúc này vẫn không đổi Xác định:

a Giản đồ vectơ điện áp của máy

b Dòng điện I trên dây quấn phần ứng và hệ số công suất mới cos của máy Máy đang tiêu thụ hay phát ra công suất phản kháng?

c Khi tăng dòng kích từ lên thêm 10% thì công suất phản kháng mới Q’ là bao nhiêu? Giả sử các tổn hao vẫn không thay đổi và bỏ qua phản ứng phần ứng

Bài 7: Một động cơ đồng bộ 3 pha cực ẩn, đấu Y có điện kháng đồng bộ x = 35  đang làm việc định mức với: Uđm = 2300 V, Pđm = 150 kW, cosđm = 1, fđm = 50 Hz, nđm = 750 vòng/phút, hiệu suất đm = 95%, kích từ Ikt = 20 A Bỏ qua tổn hao ở stator và tổn hao kích

Bài 8: Một nhà máy tiêu thụ từ lưới điện quốc gia U = 380 V, f = 50 Hz, công suất P = 500

kW, Q = 450 kVAr Trong đó động cơ đồng bộ 3 pha cực ẩn đấu  của nhà máy tiêu thụ:

Pđ = 100 kW, cosđ = 1, xđb = 2,7 /pha Hãy xác định:

a Sức điện động kích từ E0, dòng động cơ tiêu thụ I và góc tải  của động cơ? Vẽ giản đồ vectơ?

b Nếu tăng dòng kích từ để sức điện động kích từ tăng lên thành E’0 = 1,6E0 thì góc tải ’, dòng điện I’ và công suất phản kháng Q’ mà động cơ tiêu thụ sẽ là bao nhiêu? (Biết moment cản của tải và Pđ không đổi)

c Hệ số công suất của nhà máy trước và sau khi tăng dòng kích từ?

Bài 9: Động cơ đồng bộ 3 pha, 50 Hz, 1500 kW, cosđm = 1, dây quấn stator nối Y, 2300

V, 30 cực, có điện kháng đồng bộ xđb = 1,95 /pha

a Tính dòng điện định mức và tốc độ quay của động cơ

b Động cơ được cấp điện từ lưới điện có công suất vô cùng lớn, 2300 V, 50 Hz Tính moment cực đại động cơ có thể cung cấp cho tải mà không bị mất đồng bộ, dòng kích từ rotor vẫn giữ giá trị như khi động cơ kéo tải định mức ở cos = 1

c Động cơ được cấp điện từ một máy phát turbine hơi 3 pha, stator nối Y, 2300 V, 1750 kVA, 50 Hz, 2 cực, với điện kháng đồng bộ xđb = 2,65  Dòng kích từ của máy phát turbine và động cơ được điều chỉnh sao cho vectơ biểu diễn sự họat động của hệ thống trong trường hợp này Không thay đổi dòng kích từ của cả 2 máy, nhưng tải cơ học trên trục động cơ được tăng dần Tính moment cực đại mà động cơ có thể cung cấp cho tải

Coi các máy trong bài là cực từ ẩn và không kể đến các tổn hao công suất trong các máy

Bài 10: Một máy phát đồng bộ turbine khí, 3 pha, rotor cực từ ẩn, 20 MVA, 13800 V, 50

Hz, 4 cực, dây quấn stator nối Y, điện kháng đồng bộ xđb = 11 /pha, cosđm = 0,85 trễ

Bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng và các tổn hao trong máy Máy làm việc ở điều kiện mạch từ không bảo hòa

a Tính tốc độ quay của turbine khí và dòng phần ứng khi máy phát làm việc ở tải định mức?

b Máy làm việc song song với lưới điện vô cùng lớn, điện áp 13800 V và cung cấp công suất MVA định mức ra lưới ở cos = 0,8 trễ Vẽ giản đồ vectơ mô tả họat động và tính điện áp (dây) ở đầu cực máy phát khi đột nhiên máy cắt đầu cực làm việc, cắt máy cắt trên

ra khỏi lưới điện, trong khi dòng kích từ không kịp thay đổi

c Máy làm việc song song với lưới điện vô cùng lớn, điện áp 13800 V, turbine kéo máy phát bị cắt thình lình khỏi máy phát Dòng kích từ vẫn có giá trị không thay đổi như trong câu b , tuy nhiên trên trục máy bây giờ có moment tải cơ học, có giá trị bằng 60% giá trị moment định mức (khi turbine kéo máy phát) Máy khi đó làm việc trong chế độ nào? Tính dòng phần ứng Iư, góc tải  và cos lúc đó

Bài 11: Một máy phát đồng bộ turbine khí, 3 pha, rotor cực từ ẩn, 15 MVA, 13800 V, 50

Hz, 2 cực, dây quấn stator nối Y, điện kháng đồng bộ xđb = 14,95 /pha, cosđm = 0,8 trễ

a Tính tốc độ quay của turbine khí và dòng phần ứng khi máy phát làm việc ở tải định mức?

b Máy làm việc độc lập, cung cấp điện cho tải 3 pha, tiêu thụ 10 MVA, 13800 V, cos = 0,8 trễ Vẽ giản đồ vectơ, tính sức điện động cảm ứng (giá trị pha) không tải E0, góc tải 

(góc lệch pha giữa vectơ sức điện động pha E0 và điện áp pha U)

c Máy làm việc song song với lưới điện vô cùng lớn, điện áp 13800 V Điều chỉnh công suất tác dụng do máy phát ra lưới lên đến giá trị mới là 10 MW, bằng cách tăng lượng nhiên liệu vào turbine khí, trong khi vẫn giữ dòng kích từ không đổi như trong câu b Vẽ lại giản đồ vectơ trong điều kiện làm việc mới và tính góc tải mới

d Máy vẫn phát ra công suất tác dụng 10 MW cho lưới, nhưng lại điều chỉnh công suất phản kháng phát ra, bằng cách tăng dòng kích từ sao cho từ thông kích từ dưới mỗi cực từ tăng thêm 25% Vẽ lại giản đồ vectơ trong trường hợp này và tính cos của máy

Bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng và các tổn hao trong máy

Bài 12: Máy phát turbine hơi cực từ ẩn 3 pha, 13,8 kV, 10 MVA, 0,8 trễ, 50 Hz, 2 cực, nối

Y, có điện kháng đồng bộ Xđb = 12 /pha và điện trở dây quấn phần ứng Rư = 1,5 /pha Máy đồng bộ trên làm việc với lưới vô cùng lớn

a/ Sức điện động E0 khi máy làm việc với tải định mức?

b/ Góc tải  (góc lệch pha giữa E0pha và Uđm) khi máy làm việc với tải định mức?

c/ Nếu giữ dòng kích từ là không đổi, công suất phát ra cực đại của máy? Độ dự trữ công suất (Pmax/Pđm) khi máy làm việc với tải định mức?

d/ Khi máy phát ra công suất tác dụng cực đại, tính công suất phản kháng của máy? Máy tiêu thụ hay phát ra công suất phản kháng khi đó? Vẽ giản đồ vectơ cho thấy hoạt động của máy trong tình trạng này?

Bài 13: Một động cơ đồng bộ 3 pha cực từ lồi, 4 cực, Pđm = 150 kW; Uđm = 2300 V; fđm =

50 Hz, có các giá trị điện kháng đồng bộ dọc trục xd = 36,66 /pha và điện kháng đồng

bộ ngang trục xq = 23,33 /pha Xác định:

a/ Moment trên trục máy khi dòng kích từ được điều chỉnh sao cho sức điện động không tải E0 (pha) có giá trị bằng 2 lần điện áp pha stator, góc tải  của động cơ là 180?

Giữ nguyên giá trị dòng kích từ như trong câu a/ tính:

b/ Tỷ số (Moment trên trục máy/Moment định mức) khi tải tăng lên đến khi thành phần moment từ trở của moment động cơ đạt giá trị cực đại?

c/ Động cơ đang kéo tải thì thình lình tải bị cắt ra khỏi trục động cơ, vẽ giản đồ vectơ mô

tả hoạt động của động cơ khi ấy, tính giá trị dòng phần ứng?

Bỏ qua tất cả các tổn hao trong máy

Bài 14: Động cơ đồng bộ rotor cực ẩn 100 HP, 3 pha, 4 cực, Y, 50 Hz, 460 V, làm việc ở

trạng thái định mức, cos lúc đó là 80% sớm Hiệu suất là 96%, điện trở dây quấn phần ứng rư = 0,00 /pha, điện kháng đồng bộ xđb = 2,72 /pha Tính:

a/ Moment hữu ích của động cơ Mđm?

b/ Dòng phần ứng Iưđm?

c/ Vẽ giản đồ vectơ khi đó và góc tải ?

d/ Sức điện động cảm ứng E0?

e/ Moment điện từ cực đại Mđtmax?

Bài 15: Một máy phát đồng bộ 3 pha, rotor cực từ ẩn có 2p = 4, f = 50 Hz, đấu , Sđm = 10 kVA, Uđm = 220 V, cosđm = 0,8, Rstator = 0,2  Khi không tải người ta đo được U0 = 220

V với Ikt = 4,6 A, Xđb = 4,5  Tính:

a/ Tốc độ động cơ sơ cấp quay rotor?

b/ Biết tổn hao kích từ khi tải định mức là Pktđm = 2,5% Pđm Tổng tổn hao cơ sắt từ phụ bằng 3% Pđm Tính công suất động cơ sơ cấp theo máy phát và hiệu suất khi đó?

c/ Vẽ giản đồ vectơ ứng với tải có S = 10 kVA, U = 220 V, cos = 0,8 trễ Xác định giá trị

E và Ikt giả sử mạch từ không bảo hòa?

d/ E trong trường hợp xtải/xđb = 1/10?

Bài 16: Cho máy phát đồng bộ 3 pha có các thông số định mức:

- Công suất: Sđm = 8750 kVA - Điện áp: Uđm = 11 kV - Nối hình 

- Hiệu suất: đm = 95% - Tần số: fđm = 50 Hz

- Điện kháng đồng bộ dọc trục: Xd = 17 /pha

- Điện kháng đồng bộ ngang trục: Xq = 9 /pha

- Điện trở dây quấn phần ứng Rư = 0,7 /pha

Biết máy đang mang tải định mức và có hệ số công suất cos = 0,8 (cảm) Hãy xác định: a/ Giản đồ vecrơ của máy (không cần vẽ chính xác)?

b/ Tổn hao đồng PCu và tổng các tổn hao còn lại Pcòn lại?

c/ Góc tải  và giá trị dây của sức điện động Ef?

Bài 17: Cho động cơ đồng bộ 3 pha cực từ ẩn có các thông số sau: 2p = 2, điện áp cung

cấp U = 6 kV, tần số f = 50 Hz, Điện kháng đồng bộ Xđb = 104 /pha Động cơ đang vận hành ở trạng thái quá kích từ và công suất tiêu thụ S = 500 kVA, hệ số công suất cos = 0,9 Bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng Rư, hiện tượng bão hòa và các loại tổn hao khác Hãy xác định:

a/ Giản đồ vectơ (các vectơ không cần vẽ chính xác theo độ lớn)?

b/ Moment M đưa ra đầu trục của động cơ?

c/ Khả năng quá tải Mmax/M (Mmax – moment cực đại có thể đưa ra trục)?

Bài 18: Máy phát đồng bộ 3 pha 250kVA, nối Y, 6 cực, 660V, xđb = 1,8, n = 1000v/ph Máy được nối vào một Bus vô hạn có U và f không đổi Tính:

a/ Tần số của điện áp phát ra là bao nhiêu?

b/ Vẽ giản đồ vectơ của máy với tải định mức, cos = 0,8 (trễ)?

U đầu cực là Uđm Giữ nguyên kích từ, bỏ qua tổn hao Tính:

m/ Pcơmax và Mmax tương ứng?

Bài 19: Máy phát đồng bộ 3 pha cực lồi, dây quấn stator nối Y, Sđm = 500kVA, Uđm = 6000V, fđm = 50Hz, 2p = 6, cosđm = 0,8 (trễ), xd = 85,9, xq = 50,9 Máy phát làm việc

ở tải định mức, bỏ qua hiện tượng bão hoà mạch từ Tính:

a/ Dòng stator định mức?

b/ Sức điện động E0?

c/ Góc tải ?

d/ Góc tải  khi Pmax và giá trị Pmax bằng bao nhiêu?

- Máy phát đang làm việc song song với lưới điện vô cùng lớn thì công suất cơ động cơ sơ cấp cắt nhiên liệu đột ngột, Ikt giữ nguyên giá trị

e/ Giải thích hiện tượng xảy ra và tính dòng phần ứng và góc lệch pha giữa dòng phần ứng

và điện áp lưới cung cấp lúc ấy?

Bài 20: Một máy phát đồng bộ ba pha phát điện vào lưới 13,8kV, đấu Y Điện kháng đồng

bộ là 5/pha, máy phát 12MW và 6Mvar vào lưới Tính:

a/ Góc pha ?

b/ Sức điện động E0?

c/ Góc công suất ?

Bài 21: Máy phát điện đồng bộ 3 pha, cực từ ẩn, 50Hz, 60MVA, 13,2kV, dây quấn stator

nối Y, làm việc song song với lưới điện phân phối vô cùng lớn có điện áp (dây) 13,2kV Điện kháng đồng bộ của máy phát đồng bộ là xđb = 3,485/pha Khi công suất ra của động

cơ sơ cấp (kéo rotor của máy phát đồng bộ) là 50MW, dòng kích từ ikt có giá trị 1000A, hệ

số công suất bấy giờ là cos = 1

Giả sử máy phát đồng bộ làm việc trong điều kiện mạch từ không bão hoà và bỏ qua tất

cả các tổn hao trong máy Tính:

a/ Dòng điện phần ứng định mức Iưđm và vẽ mạch điện tương đương cho máy phát nối với lưới điện?

b/ Khi công suất trên rotor của động cơ sơ cấp vẫn là 50MW, tính dòng kích từ cực tiểu

iktmin, khi đó xảy ra hiện tượng mất đồng bộ của máy?

c/ Dòng phần ứng Iư tương ứng với điều kiện làm việc câu b/

Bài 22: Động cơ đồng bộ 3 pha rotor cực từ ẩn, có các số liệu định mức: 2500HP (1HP =

746W), 6600V, 50Hz, 2 cực stator nối Y, làm việc kéo tải cơ học nhất định, khi đó góc tải

 = 28,50, sức điện động không tải E0 = 4500V/pha Điện kháng đồng bộ là xđb = 15,8/pha

Ở chế độ tải nói trên Tính:

a/ Moment điện từ

b/ Moment trên trục công tác của hệ truyền cơ, cho biết hiệu suất truyền cơ học là cơ = 94,3%

c/ Hệ số công suất cos

d/ Moment điện từ cực đại Mđtmax

Bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng và các tổn hao do ma sát, quạt gió

Bài 23: Máy phát đồng bộ 3 pha rotor cực từ ẩn, có các số liệu định mức: Sđm = 25kVA,

Uđm = 220V, 50Hz, cosđm = 0,8 (chậm pha), điện trở dây quấn phần ứng rư = 0,1/pha, điện kháng đồng bộ xđb = 0,6/pha Ở chế độ tải định mức Xác định:

a/ Giản đồ vectơ của máy

b/ Sức điện động E0 của dây quấn phần ứng và góc tải 

c/ Mức thay đổi điện áp U%

Bài 24: Máy phát đồng bộ 3 pha rotor cực từ ẩn, dây quấn stator nối Y, 5000V, 50Hz, tốc

độ định mức nđm = 25vòng/phút, dòng phần ứng định mức Iư = 200A, cosđm = 0,8 trễ Điện trở dây quấn stator rư = 0,02/pha Tổng tổn hao công suất cơ học là 220kW (không đổi)

Khi thí nghiệm không tải, có được bảng sau:

ikt [A] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

E0 [V] 0 1050 2100 3150 4200 5200 5950 6550 7000 7300 7500

với: ikt – dòng kích từ

E0 - sức điện động (giá trị điện áp dây) không tải

Khi thí nghiệm ngắn mạch, với dòng kích từ ikt = 40A, dòng phần ứng ngắn mạch Iưnm = 2500A Tính:

a/ Số cực từ

b/ Điện kháng đồng bộ xđb, được giả sử không đổi trong các câu sau

c/ Sức điện động (dây) không tải E0 , khi từ thông cực đại dưới mỗi cực từ là 0,025Wb, số vòng dây/pha là Wpha là 810 vòng

d/ Sức điện động không tải E0 khi máy làm việc trong điều kiện tải định mức Dòng kích

từ lúc bấy giờ?

Bài 25: Máy phát đồng bộ 3 pha cực từ lồi, có các thông số định mức:

Sđm = 8750 kVA, Uđm = 11 kV, Stator nối Y , fđm = 50 Hz , 2 cực, làm việc ở tải định mức với cosđm = 0,8 trễ Điện kháng đồng bộ dọc trục: Xd = 17 /pha., điện kháng đồng bộ ngang trục: Xq = 9 /pha Ở chế độ tải định mức nói trên:

a/ Vẽ giản đồ vecrơ

b/ Sức điện động E0/pha, góc tải 

c/ Moment điện từ

Bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng và các tổn hao do ma sát, quạt gió

Bài 26: Máy phát điện đồng bộ 3 pha (dùng trong phòng thí nghiệm) 5kVA, 208V, 4 cực,

50Hz, stator nối Y, có điện kháng đồng bộ xđb = 8, điện trở dây quấn phần ứng rư được xem là không đáng kể Máy được hoà đồng bộ và làm việc song song với lưới điện 3 pha, 208V, 50Hz (được xem là vô cùng lớn) trong phòng thí nghiệm Tính:

a/ Điện áp không tải (điện áp kích từ) E0 (pha) và góc tải  (góc lệch pha giữa E0 và điện

áp pha của lưới điện) khi máy phát ra công suất kVA định mức cho lưới ở hệ số công suất cos = 0,8 trễ Vẽ giản đồ vectơ cho điều kiện làm vbiệc này

b/ Giữ nguyên công suất của động cơ sơ cấp kéo máy phát điện, nếu tăng dòng kích từ sao cho từ thông kích từ (dưới mỗi cực từ) tăng thêm 20%, tính dòng phần ứng ứng Iư, cos và kVAR cung cấp bởi máy phát cho lưới trong điều kiện này

c/ Với dòng kích từ vẫn có giá trị như trong câu a/, công suất tác dụng mà máy phát cung cấp cho lưới điện được tăng lên dần đến giá trị cực đại Tính giá trị của cos, cũng như giá trị dòng phần ứng Iư, công suất của động cơ sơ cấp và kVAR bấy giờ

Máy động bộ trên được vận hành như động cơ đồng bộ ở cùng lưới điện Dòng kích từ được điều chỉnh sao cho cos = 1 khi động cơ tiêu thụ 3kW từ lưới điện Trong điều kiện làm việc này Tính:

d/ Điện áp không tải E0 và góc tải  Vẽ giản đồ vectơ

Lưu ý: Trong cả bài toán, máy được xem như là máy đồng bộ có cực từ ẩn Bỏ qua các tổn hao sắt và tổn hao cơ học

Bài 27: Máy phát đồng bộ 3 pha , nối Y, có điện áp (dây) hở mạch là 6920V khi dòng kích

từ một chiều là 50A Ở cùng dòng kích từ nói trên, khi ngắn mạch 3 pha của dây quấn phần ứng thì dòng phần ứng đo được là 800A Tính:

a/ Điện kháng đồng bộ (trị pha)

b/ Điện áp (dây) ở đầu cực máy phát khi máy được nối với tải 3 pha là 3 điện trở 12, nối

Y

Bài 28: Động cơ đồng bộ 6MW, 3 pha, 11kV, dây quấn stator nối Y, 6 cực, 50Hz, cosđm

= 0,9 sớm, điện trở dây quấn phần ứng rư 0 /pha, điện kháng đồng bộ xđb = 9 /pha Dòng kích từ định mức Iktđm = 50A

Động cơ làm việc với bộ biến tần có tỷ số U/f = hằng số, khi tần số thay đổi trong khoảng

từ 0Hz đến 50Hz, và U = hằng số khi tần số thay đổi và lớn hơn 50Hz Tính:

a/ Moment và dòng kích từ khi dòng phần ứng có giá trị định mức, 750 vòng/phút và cos

Cho biết: Công suất điện từ Pđt P2 =3.(U.E0)/xđb.sin Ở chế độ động cơ: E0 = U –jxđb.Iư,

ở chế độ máy phát: E0 = U + jxđb.Iư, E0- sức điện động (pha), U - điện áp (pha) Máy điện làm việc ở trạng thái mạch từ không bão hòa

Bài 29: Động cơ đồng bộ 3 pha có các số liệu định mức: Pđm = 200HP (1HP = 746W), Uđm

= 440V, 60Hz, 8 cực, cosđm = 1, dòng phần ứng Iưđm = 210A, và các thông số dây quấn: điện trở dây quấn phần ứng rư = 0,0285 /pha, điện kháng đồng bộ dọc trục xd = 1,27

/pha, điện kháng đồng bộ ngang trục xq = 0,774 /pha Tính:

a/ Tốc độ đồng bộ

b/ Công suất điện tiêu thụ trong chế độ làm việc định mức

c/ Công suất điện từ trong chế độ làm việc định mức

d/ Góc tải  (góc lệch pha giữa E0 và U) khi moment điện từ đạt giá trị cực đại

Bài 30: Máy phát điện đồng bộ 3 pha, cực từ ẩn, nối Y, có các số liệu thí nghiệm không tải

và ngắn mạch:

Điện áp pha không tải [V] 140 278 360 400 460 484

Dòng ngắn mạch phần ứng [A] 12 30 48 60 87 100

Điện trở dây quấn phần ứng không đáng kể Tính:

a/ Trị số của điện kháng đồng bộ không bão hoà

b/ Vẽ mối quan hệ của điện kháng đồng bộ xđb theo dòng kích từ ikt

c/ Dòng kích từ khi máy phát cung cấp cho tải có dòng Iư = 40A, cos = 0.866 trễ, điện áp pha của máy phát là U = 300V

Bài 31: Máy phát điện đồng bộ 3 pha nối Y, 500kVA, 2400V, 50Hz, có điện trở (pha) 0,5

b/ Tính tổn hao đồng trong dây quấn phần ứng khi đó

c/ Lặp lại các phép tính trên ở hệ đơn vị tương đối

Bài 33:

a/ Máy phát đồng bộ 3 pha 1000kVA, 2400V, 60Hz, nối , có rư = 0,6/pha và xđb =

4/pha Tính độ sụt điện áp phần trăm khi tải là định mức, cos = 0,866 trễ

b/ Lặp lại các phép tính trên ở hệ đơn vị tương đối

Bài 34: Máy phát đồng bộ 3 pha cung cấp điện áp định mức cho tải định mức, chủ yếu là

các động cơ không đồng bộ 3 pha với cos trung bình là 0,75 trễ So sánh dòng kích từ trong trường hợp nói trên, với trường hợp tải tiêu thụ cùng kVA ở điện áp vẫn là định mức, nhưng có cos là đơn vị? Vẽ giản đồ vectơ trong hai trường hợp và giải thích?

Bài 35: Máy phát đồng bộ 3 pha cực từ lồi có các thông số sau:

rư = 0,04 xd = 0,4 xq = 0,25

Tính trong hệ đơn vị tương đối:

a/ Vẽ giản đồ vectơ và tính độ sụt điện áp phần trăm khi tải là định mức và cos = 0.85 trễ c/ Lặp lại câu trên cho trường hợp cos = 0.8 sớm

Bài 36: Trong một nhà máy điện có 10 máy turbine giống hệt nhau nối song song, hoạt

động cở tải bằng 90% kVA định mức Các máy đều có cùng cos là 0,8 trễ Khi hơi nước hoá nhiệt vào một máy bị cắt, ngoài ra không có thay đổi gì khác, biện luận ảnh hưởng của việc trên lên:

a/ Dòng điện, cos, kW phát ra của máy phát nói trên

b/ Đến các máy còn lại

c/ Đến điện áp phát ra

Bài 37: Nhiều máy phát điện làm việc song song nhưng có một máy lại phát non tải Làm

thế nào để máy này có thể phát ra nhiều công suất hơn?

Bài 38: Hai máy phát giống hệt nhau làm việc song song cung cấp điện cho tải Một máy

phát ra 960kW ở cos = 0,9 trễ, máy thứ hai phát ra 710kW ở cos = 0,7 trễ Cần làm gì

để cải thiện tình hình nói trên? Ở điều kiện tốt nhất (lý tưởng), công suất phát ra mỗi máy

và cos mỗi máy là bao nhiêu?

Bài 39: Máy phát điện đồng bộ nối với lưới vô cùng lớn làm việc ở cos = 0,8 trễ Vẽ giản

đồ vectơ khi đó? Làm sao để có thể điều chỉnh cos = 1 trong khi vẫn giữ nguyên công suất tác dụng phát ra?

Bài 40: Máy phát điện đồng bộ làm việc ở tải định mức ở cos = 1 Dùng đồ thị vectơ giải thích việc gì xảy ra khi tăng dòng điện kích từ, giả sử:

a/ Máy làm việc song song với các máy phát khác, nối với lưới điện vô cùng lớn?

b/ Máy làm việc độc lập, cung cấp điện cho tải của một phân xưởng Ảnh hưởng của tính chất tải (động cơ, đèn,…) đến vấn đề trên?

Bài 41: Trong một nhà máy điện có nhiều máy phát turbine giống hệt nhau nối song song,

mỗi máy đều mang tải giống nhau Khi muốn cắt một máy ra khỏi lưới, đầu tiên cần giảm công suất phát ra và dòng của máy đó xuống không, nhằm tránh các thay đổi đột biến khi máy cắt cắt máy phát ra khỏi lưới Cần phải điều chỉnh gì để thực hiện điều nói trên?

Bài 42:

a/ Máy phát đồng bộ 3 pha 25kVA phát ra công suất tác dụng 20kW cho tải là các bóng đèn dây tóc Máy phát hoạt động độc lập Tăng dòng kích từ lên 5%, tốc độ máy phát được giữ không đổi Xét các ảnh hưởng lên điện áp, dòng điện, kVA và cos?

b/ Cũng các câu hỏi trên, giả sử rằng toàn bộ tải là động cơ không đồng bộ Động cơ này kéo tải không đổi là 1 quạt gió, công suất 20kW, cos khi đó là 0,8 Giả sử rằng tốc độ của động cơ không thay đổi bao nhiêu trong các chế độ làm việc

c/ Cho rằng máy phát được nối song song với lưới điện vô cùng lớn, máy phát ra công suất 20kW, ở cos = 0,8 trễ Tăng dòng kích từ lên 5%, tốc độ máy phát giữ không đổi Xét các ảnh hưởng lên điện áp, dòng điện, kVA và cos?

Bài 43: Vẽ giản đồ vectơ để khảo sát hoạt động của động cơ không đồng bộ ứng với trường

hợp máy có cùng kW công suất điện đầu vào và cos = 0,5 trễ, cos = 1, cos = 0,5 sớm

Bài 44: Dùng giản đồ vectơ để khảo sát hoạt động của động cơ đồng bộ khi tải thay đổi,

trong khi điện áp lưới và dòng kích từ vẫn được giữ không đổi

Bài 45: Dùng giản đồ vectơ để khảo sát hoạt động của động cơ không đồng bộ khi điện áp

lưới và kW công suất đầu vào là không đổi, còn dòng kích từ thay đổi Điều gì xảy ra khi dòng kích từ giảm xuống giá trị không?

Bài 46: Động cơ đồng bộ kéo 1 quạt gió ở cos = 1 Dùng giản đồ vectơ để giải thích điều

gì xảy ra khi:

a/ Dòng kích từ tăng 10%

b/ Điện áp lưới tăng 10%

Bài 47: Động cơ đồng bộ 3 pha 2300V, nối Y, có rư = 0,2/pha, xđb = 2,2/pha Động cơ làm việc ở cos = 0,5 sớm, dòng phần ứng Iư = 200A Xác định:

a/ Sức điện động cảm ứng E0 (giá trị pha và dây)

b/ Giữ nguyên dòng kích từ trong khi tải lại tăng gấp đôi Giả sử rằng hiệu suất không thay đổi, tính dòng phần ứng và cos mới

Bài 48:

a/ Động cơ đồng bộ 3 pha 200HP, 2300V, nối Y, có rư = 1,0/pha, xđb = 11/pha Động

cơ làm việc ở tải định mức với điện áp định mức, khi đó dòng phần ứng Iư = 51A, cos = 0,8 sớm Tính sức điện động cảm ứng E0 (giá trị pha)

b/ Động cơ vẫn làm việc ở điện áp lưới và dòng kích từ như cũ, nhưng tải đột ngột bị cắt, xác dịnh dòng điện phần ứng và cos khi đó

c/ Tính công suất cực đại của động cơ ở giá trị dòng kích từ như trên và điện áp là định mức

Bài 49: Động cơ đồng bộ 3 pha 100HP, 900v/ph, cos = 0,6, có rư = 0,04/pha, xđb = 0,5/pha Tính trong hệ đơn vị tương đối:

a/ Ở điều kiện tải, điện áp lưới, cos là định mức, tính dòng kích từ (trong đơn vị tương đối)

b/ Tính dòng phần ứng khi động cơ làm việc không tải, điện áp lưới vẫn là định mức, dòng kích từ có giá trị như câu a/

c/ Tính dòng phần ứng khi động cơ làm việc không tải, khi điện áp lưới tăng lên 10%

Bài 50: Động cơ đồng bộ 3 pha cực từ lồi, 500HP, 4600V, tiêu thụ dòng Iưđm = 63A, với dòng kích từ được điều chỉnh sao cho cos = 0,8 sớm Các giá trị rư = 0,04/pha, xd = 0,5/pha, và xq = 0,3/pha, tính trong đơn vị tương đối:

Dùng giản đồ vectơ của máy cực từ lồi, xác định:

a/ Dòng kích từ (trong đơn vị tương đối)

b/ Góc  giữa E0 và Iư

c/ Góc  giữa E0 và U

Bài 51: Động cơ đồng bộ 3 pha 150kW, 2300V, 60Hz, 28 cực, 257 vòng/phút được cấp

điện trực tiếp từ lưới vô cùng lớn Các thông số của động cơ như sau:

J = 444kg.m2 (moment quán tính của rotor và tải cơ học)

Công suất chỉnh bộ: Ps = 11,0 kW/0điện

Moment cản dịu Md = 2400 N.m (0cơ/s)

a/ Tìm các thông số dao động điện cơ của máy

b/ Máy đang làm việc không tải thì đóng tải định mức Khảo sát tình trạng quá độ điện động theo sau

-

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

1 TÓM TẮT LÝ THUYẾT

Máy phát điện một chiều

Mạch tương đương của máy phát điện một chiều

Trong đó:

E: điện áp được tạo ra, V  = K.Ik: từ thông toàn phần của khe không khí, Wb : vận tốc quay, rad/s

K: hằng số, phụ thuộc vào kích thước của máy

P: số cực từ chính

Z: số các vật dẫn phần ứng hiệu dụng giữa các đầu cuối của chổi a: số các đường dẫn song song trong cuộn phần ứng giữa các đầu cuối của chổi

Trong đó: Ik: cường độ dòng điện hiệu dụng, A

K: hằng số phụ thuộc vào kích thước của máy

Ek điện áp kích từ, V

Ut: điện áp hai đầu tải, V

Rk: điện trở kích từ, 

R: điện trở cuộn dây, 

Hiện tượng hiệu ứng bão hòa

Từ thông khe không khí tỷ lệ với cường độ dòng điện từ trường và được thể hiện bằng công thức  = K.Ik Tuy nhiên nếu vận tốc của máy phát được giữ không đổi trong lúc cường độ dòng điện trường biến thiên thì ta có thể vẽ được đường cong sau, đường cong này gọi là đường cong bão hoà không tải, nó gồm ba vùng

Vùng 1 các vùng tuyến tính

Vùng 2 các vùng chuyễn tiếp Vùng 3 các vùng bão hòa

Ở phần cuối thấp của vùng tuyến tính có một phần nhỏ phi tuyền tính Nếu cường độ dòng điện kích thích giảm đến 0 thì còn một lượng điện áp nhỏ tạo ra, điều này do bởi sự

từ hoá trong vùng sắt nó không hoàn toàn bị khử từ khi dòng điện đạt đến không

Máy phát điện một chiều kích từ độc lập

Điện áp được tạo ra:

Đặc tuyến tộc độ và điện áp phát ra

R k

R

+

_

T = PD/ω = E.Iư/ω

Đặc tuyến giữa dòng điên tải và điện áp đầu ra

Ut = E – IưRư = E - ItRư

Điện áp mạch hở

Độ sụt IưRư

Cường độ dòng điện bên trong máy phát kích từ song song được biểu thị:

Iư = Ik + It

Và điện áp lúc này có thể viết lại:

E = UB + IưRư + ItRt = UB + IưRư + Ut

Đặc tuyến dòng điện tải và moment đặt trên trục máy

Ta có quan hệ giữa dòng điện tải và moment đặc trên trục máy

T = PD/ω = E.Iư/ω = E(Ik + It)/ω

Máy phát điện kích từ hổn hộp

Trong đó: E: điện áp phát ra, V

UB: độ sụt áp hai đầu chổi quét, V

Điện áp mạch hở

Độ sụt IưRư

Mạch tương đương của máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp (a)

shunt dài, (b) shunt ngắn

Ik: dòng điện kích từ, A

It: dòng điện tải, A

Rư: điện trở phần ứng, Ω

R: điện trở của cuộn dây song song, Ω

RS: điện trở của cuộn dây kích từ nối tiếp, Ω

Rk: biến trở kích từ, Ω Dòng điện phần ứng:

Ứng với máy phát shunt dài ta có điện áp phát ra:

E = UB + IưRư + IưRS + ItRt Ứng với máy phát shunt ngắn ta có điện áp phát ra:

Động cơ điện một chiều

Các nguyên lý về môtơ điện

Một máy điện có thể đóng vai trò của động cơ điện một chiều hoặc là một máy phát điện một chiều

I t

(b) (c)

(d)

đầy tải

Đặc tuyến điện áp và dòng điện tải

0

Ở một tốc độ không đổi, từ thông của máy phát điện do bởi dòng kích từ Ik tạo nên một điện áp E lớn hơn điện áp tải Ut Nếu chúng ta giảm Ik đến giá trị mà E bằng rồi nhỏ hơn Ut thì dòng phần ứng Iư trở nên âm thì dòng điện sẽ chạy vào trong máy phát điện, lúc náy máy hoạt động dưới dạng động cơ

Động cơ kích từ song song

Từ định luật của dòng điện kichhoff ta có:

P1: công suất đầu vào, W

Ud: điện áp đường truyền, V

I 