Bài giảng kỹ thuật điện phần 3 hệ thống năng lượng

1
KỸ THUẬT ĐIỆN
PHẦN 3
HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG
2
HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG
n HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
n MẠCH TỪ VÀ MÁY BIẾN ÁP
n KĨ THUẬT ĐIỆN CƠ
n MÁY ĐIỆN QUAY
3
CHƯƠNG 10. HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY
CHIỀU
1. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
2. HỆ THỐNG ĐIỆN 1 PHA VÀ 3 PHA
3. TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG
4
1.GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
n 1878 các trạm phát điện và phụ tải điện chiếu sáng hình thành
n 4/9/1882 máy phát điện một chiều dẫn động bằng động cơ hơi nước
khởi đầu ngành công nghiệp cung cấp năng lượng điện.
n Các HTĐ 1 chiều của Edison đã được phát triển thành HTĐ 1 chiều
ba dây 220V
n 1885 William Stanley phát minh MBA
n 1889 Đường dây điện xoay chiều 1 pha đầu tiên (21 km, 4 kV) vận
hành ở Mỹ, giữa thành phố Oregon và Portland.
n 1888 Nikola Tesla đưa ra HTĐ nhiều pha
n 1893 Đường dây ba pha đầu tiên (12 km, 2,3 kV) trên đất Mỹ đã vận
hành tại California
5
n Các nguồn năng lượng

n Than đá, khí gas, dầu …. ( dùng cho các nhà máy turbin hơi)
n Thủy điện
n Hạt nhân
n Mặt trời, sức gió, thủy triều…
n Các cấp điện áp và tần số
n Ngày nay có 2 tần số chuẩn cho việc sản xuất :
+ 50Hz ( ở Châu Âu, Liên Xô trước đây, Ấn Độ, Việt Nam….)
+ 60Hz ( Mỹ, Canada, Nhật…)
n Điện áp truyền tải tăng một cách đều đặn :115, 138, 161, 230, 345
500 và hiện nay là 765 kV, Các điện áp siêu cao (ultrahigh voltage
- UHV) trên 1000kV hiện nay đang trong giai đoạn nghiên cứu
1.GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
6
2. HỆ THỐNG ĐIỆN 1 PHA VÀ 3 PHA
n Ưu điểm của hệ thống 3 pha:
n Công suất tức thời của mạch điện một pha dao động
gây nhiễu không mong muốn trong máy điện một pha
n Mạch ba pha đối xứng thì công suất tức thời là không
đổi, không đập mạch và có thể bỏ qua tác động xấu
của đập mạch tới các thiết bị nguồn và tải
P = √3 I
L
V
L
cosФ
n Công suất truyền tải 3 pha lớn hơn 1 pha
n Chi phí đầu tư thấp hơn 1 pha…
rms rms rms rms
( ) cos cos (2 )
p t V I V I ωt

j j
= + +
7
n Công suất:
n Công suất phức:
n Hệ số công suất:
hệ số công suất trễ pha, sớm pha.
n Công suất 3 pha:
n Năng lượng: E = PT
n Phụ tải công nghiệp: PF trễ và vấn đề cải thiện PF
fff
333
jQPS
~
+=
2. HỆ THỐNG ĐIỆN 1 PHA VÀ 3 PHA
IVZ
IVZIZ*II*IVjQPS
~
qqq
-Ð=Ð===+=
2
q
cos
=
=
S/PPF
8
3. HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN
PHỐI ĐIỆN NĂNG

Cấu trúc của một hệ thống điện điển hình
Tiêu thụ
Tiêu thụ
Đến các thành viên
khác
Đến các thành viên
khác
Máy biến áp
Thanh cái
Hệ thống Hệ thống Hệ thống Phân phối Phân phối
phát truyền tải truyền tải khu vựcsơ cấp thứ cấp
Tiêu thụ
Tiêu thụ
9
Mạch phân phối
(Sơ cấp)
(Thứ cấp)
Máy biến áp
phân phối
(Nối đất)
“Dây nóng”
Thiết bị
Chiếu sáng
Thiết bị
Thiết bị
Chiếu sáng
Dây đất
“Dây nóng”
Nhà ở
Các nhà ở khác

Mạch điện dân sinh một pha, ba dây.
3. HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN
PHỐI ĐIỆN NĂNG
10
n Phụ tải điện:
Sơ đồ một dây một phần của hệ thống ba pha điển hình.
Máy phát
Máy biến áp
Thanh cái
Máy cắt
Dây truyền tải
Chỉ số của dây
Đến thanh
cái số 6
Chỉ số của
thanh cái (nút)
Đến thanh
cái số 7
Tải
Dây nối với hệ
thống bên cạnh
3. HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN
PHỐI ĐIỆN NĂNG
11
n
Hi
ệ
u su
ấ
t truy

ề
n t
ả
i:
là tỉ số của P truyền đến nút
nhận cuối cùng với P được truyền đi từ nút phát cuối
cùng
n Điều chỉnh điện áp:
n Hệ số tải là tỉ số của điện năng sử dụng thực tế với điện
năng danh định lớn nhất trong một khoảng thời gian đã
cho
100%TLVR
RFL
RFLRNL
´
-
=
V
VV
Tải
Mô hình đơn giản của một hệ
thống điện.
Trở kháng đường
dây
Thanh cái nguồn
(phát cuối)
Thanh cái tải
(nhận cuối)
3. HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN
PHỐI ĐIỆN NĂNG

12
CHƯƠNG 11. MẠCH TỪ VÀ MÁY BIẾN ÁP
1. Vật liệu từ
2. Mạch từ
3. Mạch điện tương đương của MBA
4. Đặc tính của máy biến áp
5. Máy biến áp 3 pha
6. Máy biến áp tự ngẫu
13
1. VẬT LIỆU TỪ
n Vật liệu từ
n Mật độ từ thông B và cường độ từ trường H có mối liên hệ B = µH
Vùng I
Vùng I
(gần tuyến tính)
Vùng III( phi tuyến)
Bão hòa
Điểm làm việc phổ biến
Đặc tính từ hóa điển hình được chia làm ba
vùng
14
1. VẬT LIỆU TỪ
Tổn hao lõi sắt:
n Tổn hao từ trễ
n Tổn hao dòng xoáy
VfBkP
mhondh
25.1
sec
¸

=
BVfkP
mee
222
t
=
15
2. MẠCH TỪ
n Mạch từ tạo ra đường dẫn cho từ thông, cũng giống
như mạch điện tạo ra đường dẫn cho dòng điện.
Mạch từ đơn giản.
(a) stđ và từ thông.
(b) Từ thông tản và từ thông diềm
Lõi sắt
Từ thông ф
Cuộn dây
N
vòng
từ thông lõi
sắt
Khe hở
không khí
từ
thông
tản
Dòng điện
I
Từ thông diềm
stđ
16

2. MẠCH TỪ
n Sức từ động:
= N.I =
H
C
l
C
ldH
ò
n Từ thông:
stđ
/
l A
j
m
Á Á
= =
Â
n Sự khác nhau giữa mạch từ và mạch điện:
n Từ trở không tiêu tốn năng lượng
n Từ thông có các đường từ thông tản và từ thông diềm
n Không có vật liệu cách từ
17
3. MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA MÁY
BIẾN ÁP
Đường dẫn trung bình của từ
thông
Lõi sắt từ
Sơ cấp
(N

1
vòng)
Thứ cấp
(N
2
vòng)
Tải
Từ thông hỗ cảm ф
Sơ đồ máy biến áp hai cuộn dây
dt
d
Ne
f
11
=
dt
d
Ne
f
22
=
2
1
2
1
N
N
e
e
=

a
N
N
e
e
v
v
===
2
1
2
1
2
1
a
N
N
E
E
V
V
===
2
1
2
1
2
1
aN
N

v
v
i
i 1
1
2
1
2
2
1
===
aN
N
V
V
I
I 1
1
2
1
2
2
1
===
Máy biến áp lý tưởng
18
Các mạch điện tương đương của máy biến áp.
(a) Qui đổi về phía sơ cấp. (b) Qui đổi về phía thứ
cấp.
3. MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA MÁY

BIẾN ÁP
Máy biến áp thực
• Tổn hao lõi sắt
• Tổn hao đồng
19
4. ĐẶC TÍNH CỦA MÁY BIẾN ÁP
n % điện áp biến đổi =
n Hiệu suất:
n Cơng suất hở mạch P
oc
=P
Fe
,
n cơng suất ngắn mạch P
sc
=P
cu
100
FL2
FL2NL2
´
-
V
VV
2
100%
100%
( )
công suất tác dụng đầu ra
x

công suất tác dụng đầu vào
công suất tác dụng đầu ra
x
công suất tác dụng đầu ra tổn hao lõi tổn hao đồng I R
h =
=
+ +
20
5. MÁY BIẾN ÁP BA PHA
n Cách đấu nối: Y – ∆, ∆ – Y, ∆ – ∆ và Y – Y
21
6. MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU
n Tỷ số biến áp:
n Đầu vào: S
1
= V
1
I
1
n Đầu ra: S
2
= V
2
I
2
n CS cảm ứng điện từ:
S
ind
= V
2

I
3
n CS truyền điện trực tiếp:
S
cond
= V
2
I
1
Máy biến áp tự ngẫu giảm áp
một pha
a
N
N
I
I
V
V
===
2
1
1
2
2
1
n Ưu nhược điểm:
n Kích thước nhỏ, nhẹ hơn máy biến áp hai cuộn dây
n Hiệu suất cao hơn.
n Nhược điểm cơ bản của biến áp tự ngẫu là sự nối điện trực tiếp
(không có cách điện) giữa phía cao áp và hạ áp.

22
CHƯƠNG 12. ĐiỆN CƠ
1. Các nguyên lý cơ bản
2. Sức điện động
3. Từ trường quay
23
1. CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN
n Máy điện gồm 3 bộ phận cơ bản:
1. Hệ thống điện
2. Hệ thống cơ
3. Từ trường hỗ cảm
n Mật độ năng lượng điện:
n Mật độ năng lượng từ:
Năng lượng điện
Năng lượng cơ
Máy phát
Động cơ
2
0
1
2
B
m
2
0
1
2
E
e
24

1. CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN
n Định luật cảm ứng điện – từ:
n Tải (tích lũy hay động cơ):
n Máy phát:
dt
d
N
dt
d
e
f
l
+=+=
dt
d
N
dt
d
e
f
l
-=-=
25
n Tương tác lực:
Dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác
dụng của lực từ.
n Phương trình lực Lorentz: F = BlI
Nguyên lí tương tác
Mômen sinh ra bởi lực do sự tương tác giữa dây
dẫn mang dòng điện và từ trường

1. CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN