tài liệu lớp 14ddc02

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (680.37 KB, 24 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

BÀI 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.

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

2. CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
a. STATO

Dây quấn kích từ (dây q́n phần cảm)

Lõi thép stato

b. RƠTO

Lõi thép rơto
Dây q́n 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)

Stato

hoặc nam châm
vĩnh cửu

mặt cực từ

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Rôto 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

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=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



4 ,

44 .

f

.

W

.

k

dq

.



E

W

1
dq

k



60 .

n

p

f



n

p

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

a. 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

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

5. MƠ HÌNH TOÁN HỌC MÁY ĐIỆN ĐỜNG BỢ

1. Chế đợ 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 trục
Sức 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:

. q . .

uq uq uq q q uq

di

E L j L I jI X

dt 

  

  

. d . .

ud ud di ud d d ud

E L j L I jI X

dt 
  
  
öd
öq X
X ,
t
q
t
d
t

t jIX Ij X Ij X

E     

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
U
























)
(
)
(
0
0
ö
q
q
d

dX Ij X Ir

Ij
E

U  0      

t
öd

d X X

X  
t
öq

q X X

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Điện áp rơi trên dây quấn phần ứng

(5.5)

Giản đồ véctơ điện áp 
Cực lồi

q
q
d

dX Ij X

Ij
E

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

b) Phương trình cân bằng áp máy phát điện đồng bộ cực ẩn

Thay vào (5.5) ta được

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 đợng cơ đờng bợ cực ẩn:

Cực ẩn
đb

q

d X X

X  

ñb
q

d I X

I
j
E

U  0  (   )

ñb

X

Ij

E

U







0





ö
q

q
d

d

X

Ij

X

I

r

Ij

E

U







0













q
q
d

d

X

Ij

X

Ij

E

U







0









0 

ư

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

6. CƠNG ŚT 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

thay

(6.1)

vào (6.1)

vì và

và
và

(6.2)

thế vào phương trình (6.2) ta được

Do dòng
điện kích
từ tao ra

Không phụ thuộc
vào kích từ, xuất

hiện do

(6.3)
mà


mUIcos
P
I
U,
m


























mUI

cos(

)

mUI

cos

mUI

sin

P

q

I

I.cos  I.sin Id

q
q UX

I  .sin

d
d E UX

I   .cos

I Iq








 .sin .cos 0 .cos .sin

d
q

ñt mUUX mU E XU

P







 ( 1 1 ).sin2

2
sin
. 2
0
d
q
d

ñt mU XE mU X X

P

q
d X

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

nếu thì công suất điện từ trở thành

(6.4)

Đặc tính gọi là đặc tính góc công suất
Khi tải định mức:

q
d X

X 



 0 .sin

d
ñt mU XE

P

)
(
f
P

0 30

20 


</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

b. Công suất phản kháng

Công suất phản kháng của máy phát điện cung cấp cho tải

và

thế vào phương trình (6.5) ta được

(6.5)

Đối với máy phát điện đồng bộ cực ẩn thì:

(6.6)

)

sin(

sin













mUI

Q













mUI

sin

cos

mUI

cos

sin

Q

I

I

q








 0 cos .cos sin .sin

q
d X
U
mU
X
U
E
mU
Q

)

1 (

2 cos

)

1 (

2 cos

.

0 2 2

d
q

d

X

mU

X

mU

X

E

U

m

Q















ñb
q

d

X



đb
đb

X

mU

X

E

U

m

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

c. Điều chỉnh cơng śt 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:

Nếu thì : Máy nhận công suất kháng từ lưới

Nếu thì : Máy phát công suất kháng vào lưới

(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

mU

Q



(

cos





)

U

E

0

.

cos





Q 0

.cos

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

7. CÁC LOẠI TỔN HAO, HIỆU SUẤT, VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MÁY ĐIỆN 
ĐỜNG BỢ

a. Các loại tởn 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
cơ

đt P P P P

P  1      

Fe
cu

ñt P P

P

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

+ chế độ động cơ điện (7.3)
(7.4)

Fe
Cu

ñt P P P

P  1    

Cơ
f

t

đt P P P

P

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

c. Hiệu śt

+ trong đó là công suất ra của máy

(7.5)

là tổng tổn hao trong máy

%

100 .

2
2











P

P

cô
f

t
Fe

Cu P P P P

P

P       


</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

8. CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VỚI TẢI ĐỚI XỨNG
a. Đặc tính khơng tải

khi và

Hình 4.9 Đặc tính không tải máy phát điện 
)

(

0 U f ikt

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

b. Đặc tính ngoài

khi và

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.

)
(I
f

U 

i

kt



const

,

cos const

f



f

ñm

%
100
%

100

% 0 0

ñm
ñm
ñm

ñm

U
U
E

U
U
U

U    

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

c. Đặc tính điều chỉnh

khi và

Đối với tải R, L khi tải tăng thì U giảm, nên để U=const → tăng ikt
Đối với tải C khi tải tăng thì U tăng, nên để U=const → giảm ikt

const





cos

f



f

ñm

)
(I
f

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

d. Đặc tính ngắn mạch

khi và

Nếu bỏ qua điện trở rư ≈0, mạch điện dây quấn phần ứng là thuần cảm,

Vì lúc ngắn mạch, phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy không bão
hòa, là đường thẳng.

Hình 4.12 Đặc tính khơng tải máy phát điện

đm

f



)

(I
f

ikt  U 0,

0
90



.cos 0,

q

I I   Id I.sin I E0 jI.Xd

0 kt

</div>
(20)<div class='page_container' data-page=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.

ñm
n

I
I
K  0

I E0 Uñm

đm

I

d
ñm
n UX

I 0  1 1*

d
dñm

d
d

dñm
ñm

d
ñm

X
X

X
I

X
U

</div>
(21)<div class='page_container' data-page=21>

8. 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, …

</div>
(22)<div class='page_container' data-page=22>

1. 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

</div>
(23)<div class='page_container' data-page=23>

b) 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 fF - fL . 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)

</div>
(24)<div class='page_container' data-page=24>

9. MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC VỚI TẢI KHÔNG ĐỚI XỨNG

- Áp khơng đới xứng.

b) Ngắn mạch khơng 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.

</div>

tài liệu lớp 14ddc02

<b>BÀI 4: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ </b>



4

,

44

.

<i>f</i>

.

<i>W</i>

.

<i>k</i>

.



<i>E</i>

<i>E</i>

<i>W</i>

<i>k</i>



60

.

<i>n</i>

<i>p</i>

<i>f</i>



<i>n</i>

<i>p</i>

<i>X</i>

<i>Ij</i>

<i>E</i>

<i>U</i>



<sub></sub>



<sub></sub>



<i>X</i>

<i>Ij</i>

<i>X</i>

<i>I</i>

<i>r</i>

<i>Ij</i>

<i>E</i>

<i>U</i>



<sub></sub>



<sub></sub>



<sub></sub>



<sub></sub>



<i>X</i>

<i>Ij</i>

<i>X</i>

<i>Ij</i>

<i>E</i>

<i>U</i>



<sub></sub>



<sub></sub>



<sub></sub>



0























<i>mUI</i>

cos(