ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC DƯỚI TẢI pot

35
Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử
Tài liệu hướng dẫn thí
nghiệm h
ệ
th
ố
ng
đ
i
ệ
n

Họ và tên : ………………………………………
Lớp : …………………………………………………
MSSV : ……………………………………………
BÀI 8
ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC DƯỚI TẢI

I. MỤC ĐÍCH:
♦ Quan sát đặc tính của một động cơ vận hành có tải
♦ Quan sát sự dòch chuyển cơ học của rotor khi tăng tải
♦ Xác đònh giới hạn tải của động cơ
♦ Quan sát ảnh hưởng của kích từ lên khả năng mang tải của động cơ
II.TÓM TẮT LÝ THUYẾT:
Sơ đồ mạch của động cơ đồng bộ ở thí nghiệm 5 có dạng như hình 1. Trong đó, X là
điện kháng đồng bộ, E
0
là sức điện động cảm ứng do từ thông rotor sinh ra, E
1

là điện áp đầu
cực của động cơ.

Hình 1
Giống như đường dây truyền tải, công suất thực cung cấp cho động cơ được cho bởi
phương trình:

θ= sin
01
X
EE
P

Ở đây, θ là góc lệch pha giữa E
1
và E
0
. Từ công thức trên, ta thấy công suất cực đại mà
động cơ có thể nhận là (E
1
E
0
)/X khi θ = 90°. Công suất cơ học sinh ra ở đầu trục sẽ nhỏ hơn
một ít, do tổn thất công suất trong động cơ.
Góc θ sẽ thay đổi như thế nào? Góc θ tăng khi tăng tải cơ học trên động cơ, bởi vì thực
tế là moment quay tăng sẽ làm cho động cơ chạy ở vận tốc thấp hơn. Chiều hướng giảm tốc
này được thể hiện trước tiên là sự chuyển dòch cực từ của rotor so với từ trường quay của stator.
Sự dòch chuyển cơ học này làm điện áp E
0
trễ pha hơn E

1
khi tăng tải cơ đầu trục. Sự dòch
chuyển cực này được quan sát với máy hoạt nghiệm đồng bộ (sẽ được xem xét ở bài thí
nghiệm).
Từ phương trình P=(E
1
E
0
sinθ)/X, đối với tải và nguồn cố đònh thì góc θ tăng khi hạ thấp
kích từ một chiều xuống. Nếu cuộn kích từ được làm nhỏ vừa đủ thì θ sẽ tiến đến 90° tại thời
điểm động cơ ở biên của sự mất đồng bộ.
Ở máy điện cực lồi, góc pha khi động cơ mất đồng bộ nhỏ hơn 90°, thường vào khoảng
70°, do momen từ trở được tạo bởi những cực từ lồi. Tuy nhiên, phương trình về công suất ở
trên cho thấy sự minh hoạ rõ những gì xảy ra với một động cơ đồng bộ làm việc dưới tải.

36
Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử
Tài liệu hướng dẫn thí
nghiệm h
ệ
th
ố
ng
đ
i
ệ
n

Động cơ đồng bộ và đường dây truyền tải:
Khảo sát một hệ thống gồm đường dây truyền tải có trở kháng là X

1
nối với một động
cơ đồng bộ có điện kháng đồng bộ X
2
, sức điện động cảm ứng E
0
như trên hình 2.

Hình 2
Công suất truyền từ nguồn E
1
đến động cơ động bộ được cho bởi phương trình:

θ
+
= sin
21
01
XX
EE
P

Trong đó, θ là góc pha giữa E
1
và E
0
, P
max
=E
1

E
0
/(X
1
+X
2
) là công suất cực đại có thể
truyền tải, xảy ra khi θ = 90°. Mặt khác, công suất truyền đến động cơ cho bởi phương trình:

α= sin
2
02
X
EE
P

Ở đây, E
2
là điện áp ở đầu cực động cơ và α là góc lệch pha giữa E
2
và E
0
(xem hình
3a) nên hiển nhiên rằng góc α sẽ nhỏ hơn 90° khi công suất cực đại được truyền đi. Nói một
cách, động cơ sẽ mất tính đồng bộ trước khi góc pha giữa E
2
và E
0
đạt 90°.
Bằng phương pháp lượng giác, ta có thể xác đònh được giá trò của α khi công suất đạt

cực đại theo phương trình:

)
/
)(
/
(
0112
EEXXtg
=
α

Do đó, nếu X
1
= X
2
và E
1
= E
0
⇒ tgα =1 ⇒ α = 45°

(a) (b)
Hình 3
II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM :

Động cơ/Máy phát DC EMS 8211
Động cơ máy phát đồng bộ 3 pha EMS 8241
Bộ tải điện trở EMS 8311
Dây truyền tải ba pha EMS 8329

Vôn kế/ Ampe kế DC EMS 8412
Vôn kế xoay chiều EMS 8426
Watt kế/ Var kế ba pha EMS 8446

37
Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử
Tài liệu hướng dẫn thí
nghiệm h
ệ
th
ố
ng
đ
i
ệ
n

Bộ nguồn EMS 8821
Thiết bò chỉ thò chuyển dòch pha EMS 8909
Máy hoạt nghiệm EMS 8922
Đai đònh thời EMS 8942
Các dây kết nối EMS 9128

III. PHẦN THÍ NGHIỆM :
1. Nối động cơ/ máy phát đồng bộ ba pha vào một nguồn ba pha thay đổi và kết nối
rotor với máy phát DC kích từ độc lập, nối thiết bò đo góc moment quay cơ học vào trục động
cơ; bằng cách sử dụng những thiết bò cho ở hình 4 (Sử dụng hai mô-đun Watt kế/ Var kế ba
pha mắc song song).

Hình 4
2. Khởi động động cơ khi chưa nối dây cua-ro vào. Điều chỉnh điện áp E
1
lên 380V và
điều chỉnh biến trở cuộn kích từ sao cho công suất phản kháng động cơ phát ra bằng 0. Sau khi
điều chỉnh, giữ nguyên dòng kích từ của động cơ (Trong điều kiện này, sức điện động cảm ứng
E
0
bằng điện áp đặt E
1
). Sử dụng máy hoạt nghiệm điều chỉnh thiết bò đo góc momen cơ bằng
0. Cần lưu ý đến P
1
, Q
1
và I
F
và ghi kết quả vào bảng 1 (Lấy tổng số đo của thiết bò đo công
suất P
1
và Q
1
).
Bảng 1
θ
E
1
P
1
Q

1
I
F
E
0

°
V W Var A V
0 380 380
10
20
30
40
50
60

38
Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử
Tài liệu hướng dẫn thí
nghiệm h
ệ
th
ố
ng
đ
i
ệ
n

Công suất cực đại của động cơ phụ thuộc vào E

1

3. Với E
1
=380V, hãy thiết lập dòng điện kích từ bằng giá trò cho ở bảng 1. Đặt tải để độ
dòch pha bằng 20°. Sau đó, từ từ giảm điện áp E
1
và chú ý đến độ dời pha của các cực. Tại góc
pha bằng bao nhiêu thì động cơ bò mất tính đồng bộ?

____________________________________________________________________________
Điện áp E
1
tương ứng khi đó bằng bao nhiêu?
E
1
= _______ V

Công suất cực đại của động cơ phụ thuộc vào E
0

4. Để giảm dòng kích từ một cách từ từ, hãy mắc một phần tải trở nối tiếp với cuộn kích
từ của động cơ đồng bộ và sử dụng hai vùng còn lại để tải máy phát điện một chiều DC. Với
E
1
= 380V và dòng điện cuộn kích ở bảng 1, hãy đặt tải để độ dòch pha = 20°. Sau đó, giảm từ
từ dòng kích từ và chú ý đến độ dời pha của các cực. Tại một góc pha bằng bao nhiêu thì động
cơ bò mất đồng bộ?
____________________________________________________________________________
Dòng điện kích từ tương ứng bằng bao nhiêu?

____________________________________________________________________________
5. Thiết lập thí nghiệm để E
0
= 250V và E
1
=380V. Xác đònh góc pha cũng như P
1
và Q
1
.
Ghi lại kết quả vào bảng 2.
Bảng 2
θ
E
1
P
1
Q
1
I
F
E
0

°
V W Var A V
0 380 250
10
20
30

40
50
60
Ảnh hưởng trở kháng của đường dây truyền tải
6. Đặt E
1
= 380V, E
0
= 380V và chú ý đến công suất thực P
1
ngay trước khi động cơ mất
đồng bộ. Cần chú ý đến góc pha của E
0
so với E
1
bằng độ dòch pha của các cực.
P
1
= ____________W θ = ________ °
Bây giờ, hãy mắc nối tiếp một đường dây ba pha 400Ω với động cơ và với E
0
= E
1

=380V. Tăng tải cho đến khi động cơ mất tính đồng bộ. Công suất thực P
1
ngay trước khi điều
này xảy ra bằng bao nhiêu?
P
1

= ____________ W
Góc lệch pha tương ứng giữa E
0
và E
1
khi đó bằng bao nhiêu?
θ = ________ °
Khởi động máy hoạt nghiệm từ điện áp E
2
đặt vào động cơ và lưu ý đến độ dòch pha của
cực rotor khi tải được tăng lên. Tại góc pha bằng bao nhiêu thì động cơ bò mất đồng bộ?

39
Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử
Tài liệu hướng dẫn thí
nghiệm h
ệ
th
ố
ng
đ
i
ệ
n

α =_________°
Hãy giải thích tại sao góc này lại nhỏ hơn 90°?
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________

V. CÂU HỎI KIỂM TRA:

1. Một động cơ đồng bộ ba pha 1000kW; 2,3kV có điện kháng đồng bộ bằng 2,6Ω/ pha.
Xác đònh độ dòch pha của các cực theo độ điện khi công suất động cơ đang là 500kW, biết điện
áp kích từ E
0
=2,3kV (điện áp dây).
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
2. Nếu động cơ ở câu 1 được đặt tại cuối đường dây truyền tải có điện kháng pha bằng
3Ω thì các cực sẽ dời bao nhiêu độ điện tính từ vò trí không tải, khi động cơ phát ra công suất
500kW?
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Hãy cho biết công suất cực đại mà động cơ có thể tạo ra trước khi bò mất đồng bộ.
____________________________________________________________________________
3. Một máy phát đồng bộ 150MW, 12kV, cosϕ=0,8, điện kháng đồng bộ 4Ω, được kết
nối với đường dây truyền tải điện qua một máy biến áp 12kV/300kV. Giả sử máy phát làm
việc ở chế độ đònh mức, hãy xác điện áp tại đầu cực của máy phát E
T
, sức điện động E
0
và
điện áp cuối đường dây truyền tải (xem hình 5).
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________

Hình 5