Tài liệu Điện công nghiệp - Máy điện II (phần 4) ppt

Chơng 4.
Máy phát điện đồng bộ lm việc với tải đối xứng
4.1 Đại cơng.
Chế độ tải đối xứng của máy điện đồng bộ đợc đặc trng bởi các đại lợng: U, I, I
t
,
cos

v tần số f hoặc tốc độ n.
Trong đó f = f
đm
; cos

phụ thuộc vo tải còn lại 3 đại lợng U, I, I
t
xác định cho ta các
đặc tính.
1. Đặc tính không tải U = f(I
t
) khi I = 0; f = f
đm
2. Đặc tính ngắn mạch I
n
= f(I
t
) khi U = 0; f = f
đm

3. Đặc tính ngoi U = f(I) khi I
t
= cte; f = f

đm
; cos

= Cte
4. Đặc tính điều chỉnh I
t
= f(I) khi U = cte; f = f
đm
; cos

= Cte
5. Đặc tính tải U = f(I
t
) khi I = cte; f = f
đm
; cos

= Cte
Các đặc tính trên đợc xác định bằng cách tính toán hoặc thí nghiệm.
Từ các đặc tính trên ta suy ra tỷ số ngắn mạch K;

U v các tham số x
d
; x
q
; x


4.2 Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ.
Sơ đồ thí nghiệm nh hình 4.1

Hình 4.1 Sơ đồ thí nghiệm lấy các đặc tính của máy phát điện đồng bộ
1. Đặc tính không tải.
(E = U = f(I
t
) khi I = 0 v f = f
đm
)
Hệ đơn vị tơng đối E
*
= E/E
đm
; I
t*
= I
t
/ I
tđm0
Theo sơ đồ thí nghiệm hình 4.1 Mở cầu dao
tải, quay máy phát đến tốc độ định mức, thay đổi
dòng điện kích từ ta nhận đợc đờng đặc tính
không tải, nh hình 4.2
Đờng (1) máy phát tourbin hơi, đờng (2)
máy phát tourbin nớc. Ta thấy máy phát tourbin
hơi bảo ho nhiều hơn máy phát tourbin nớc.
Khi E = E
đm
= 1 máy phát tourbin hơi có k

d
=

k

= 1,2 còn máy phát tourbin nớc có k

= 1,06
Hình 4.2 Đặc tính không tải,
(1) MF tuabin hơi, (2) MF tuabin nớc


Máy điện 2
16
2. Đặc tính ngắn mạch, I
n
= f(I
t
) khi U = 0, f = f
đm
v tỷ số ngắn mạch K
Khi ngắn mạch nếu bỏ qua r

thì tải của máy phát l dây quấn của phần ứng nên nó
đợc coi l thuần cảm

= 0, I
q
= Icos

= 0 còn I
d
= Isin

= I
Mạch điện thay thế v đồ thị véc tơ nh hình 4.3, ta có
4.1
d
xIjE
&&
+=
0
Khi ngắn mạch vì từ
thông


cần thiết để sinh
ra E

= E - Ix
d
= Ix


rất
bé nên mạch từ không bảo
ho do đó quan hệ I = f(I
t
)
l đờng thẳng, hình 4.4
Tỷ số ngắn mạch K.
Đây l tỷ số giữa dòng điện
ngắn mạch I

n0
ứng với dòng
điện I
t
sinh ra E = U
đm
lúc
không tải v dòng điện
định mức I
đm
K = I
n0
/ I
đm
4.2
Từ hình 4.5 ta suy ra:
I
n0
= U
đm
/ x
d
4.3
Với x
d
l điện kháng đồng bộ dọc trục ứng với E = U
đm
Vậy K = U
đm
/ x

d
.I
đm
= 1/ x
đ*
Thờng x
đ*
> 1 nên K < 1, hay I
n0
< I
đm
Vậy
dòng điện ngắn mạch xác lập của máy phát điện
đồng bộ không lớn, đó l do tác dụng khử từ của
phản ứng phần ứng.
Qua hai tam giác đồng dạng OAA' v OBB' ta có:
tn
t
dm
n
I
I
I
I
K
00
==
4.4
I
t0

U
0
= U
đm
v I
tn


I
n
= I
đm
K l một tham số quan trọng của máy phát điện
đồng bộ.
Hình 4.3 (a) mạch điện thay Hình 4.4 Đặc tính ngắn mạch
thế; (b) đồ thị véc tơ của máy phát điện đồng bộ
Hình 4-5 Xác định tỷ số ngắn mạch K
K lớn



U bé v P
đt
lớn

máy lm việc ổn
định, muốn K lớn thì x
đ*
phải lớn

lớn kích thớc của máy lớn giá thnh tăng.
Thờng máy phát tourbin nớc K = 0,8 - 1,8; v tourbin hơi K = 0,5 - 1,0

Máy điện 2
17
3. Đặc tính ngoi v độ thay đổi điện áp

U
đm

Đặc tính ngoi: U = f(I) khi I
t
= Cte; cos

= Cte ; f = f
đm
Các đờng đặc tính ngoi phụ thuộc vo tính
chất tải nh hình 4.6
Dòng điện kích từ I
t
ứng với U = U
đm
, I = I
đm
,
cos = cos
đm

v f = f
đm
đợc gọi l dòng điện kích
từ định mức I
tđm
Độ thay đổi điện áp U
đm

100%
0
dm
dm
dm
U
UE
U

=
4.5
Máy phát tourbin hơi có x
d
lớn hơn máy phát
tourbin nớc nên

U
đm
% của nó lớn hơn máy phát
tourbin nớc. Thờng

U

đm
% = (25 - 35)%
4. Đặc tính điều chỉnh I
t
= F(I) khi U = U
đm
= Cte,
cos

= Cte v f = f
đm.
Thờng cos

đm
= 0,8 (điện cảm), khi I tăng từ 0 đến
I
đm
với U = U
đm
thì dòng điện kích từ thay đổi 1,7 - 2,2
lần
5. Đặc tính tải U = f(I
t
) khi I = Cte, cos

= Cte ;
f = f
đm
Theo quan hệ trên, với các giá trị khác nhau của I v
cos

ta sẽ có các đờng đặc tính tải khác nhau. Trong
đó đặc biệt nhất l đờng đặc tính tải thuần cảm, khi
cos

= 0, (

= 90
0
) v I = I
đm
(đờng 3 trên hình 4.8)
Hình 4.6 Đặc tính ngoi của
máy phát điện đồng bộ
Hình 4.7 Đặc tính điều chỉnh
Hình 4.8 Đặc tính tải thuần cảm Hình 4.9 Đồ thị s.đ.đ máy đồng bộ tải thuần cảm
Bỏ qua r

ta vẽ đợc đồ thị véc tơ nh hình 4.9




Máy điện 2
18
Tam giác điện kháng:
Lấy I
n
= I
đm

chiếu qua đặc tính ngắn mạch (2), chiếu xuống trục honh đợc điểm C.
Thì OC = I
tn
(dòng điện kích từ), dòng điện I
tn
gồm 2 phần:
Một phần BC = k
d
.F
d
khắc phục phản ứng phần ứng, vậy BC

I
đm
Một phần CB = OC - BC sinh ra E


= I
đm
.x


= AB
Nh vậy tam giác ABC có 2 cạnh AB v BC tỷ lệ với I
đm
.
Xây dựng đặc tính tải thuần cảm từ đặc tính không tải v tam giác điện kháng. Tịnh
tiến

ABC (hoặc

AOC) sao cho đỉnh A năm trên đờng (1) thì đỉnh C sẽ vẽ nên đờng
(3) với

A'B'C'
Khi có xét đến bảo ho đờng (3) l đờng đứt nét với

A"B"C" (hoặc O"A"C").
4.3 Cách xác định các tham số của máy phát điện đồng bộ
1. x
d
v x
q

AB
AC
I
E
x
n
d
==
4.6
Quan hệ x
d
= f(I
t
) l đờng (3) khi mạch từ
không bảo ho, ta có:

const
AB
AD
I
E
x
n
d
===


4.7
vì
d
k
E
E

=

nên
d
d
d
k
x
x


=

4.8
Hình 4.10 Xác định điện kháng
đồng bộ dọc trục
Máy cực lồi thờng x
q
= 0,6.x
d
;
Máy cực ẩn x
d
= x
q
= x
đb
2. Điện kháng tản x


.
Từ một điểm C' bất kỳ trên đờng (3), dựng đoạn C'O' // = OC, từ O' vẽ đờng // với
OA cắt đờng (1) tại A', từ A' hạ A'B'

C'O' thì x


= A'B'/ I
Khi xét đến bảo ho x
p
= A"B"/I x
p
> x

l điện kháng Pôchiê
Máy cực ẩn x
p
= (1,05 - 1,1) x



Máy cực lồi x
p
= (1,1 - 1,3) x


4.5 Tổn hao v hiệu suất
Tổn hao đồng: trên điện trở dây quấn phần ứng p
cu
= I
2
.r

Tổn hao thép: do dòng điện xoáy v từ trễ
Tổn hao kích từ: trên r
t
v tiếp xúc chổi than
Tổn hao phụ: do từ trờng tản v sự đập mạch của từ trờng bậc cao
Tổn hao cơ: ma sát ổ bị, ổ đỡ, lm mát...
Hiệu suất của máy
=
+

=

pP
P
2
2

thờng

= 0,98 %

Máy điện 2
19
Chơng 5.
Máy phát điện đồng bộ lm việc với tải không đối xứng
5.1 Đại cơng.
Chế độ tải không đối xứng của máy điện đồng bộ xáy ra khi
- Tải của 3 pha không bằng nhau.
- Khi có ngắn mạch không đối xứng trong hệ thống điện lực, hoặc đầu cực máy phát
Chế độ tải không đối xứng thờng gây nên các hiện tợng bất lợi, nh: điện áp không
đối xứng; các sóng điều ho s.đ.đ v dòng điện bậc cao; lm tăng tổn hao; rôto nóng v
máy rung.
Để phân tích chế độ tải không đối xứng ta dùng phơng pháp phân lợng đối xứng.
Phân dòng điện v điện áp thnh 3 thnh phần thứ tự thuận; ngợc v không.
0
2
1
2
2
1

1
111
I
I
I
aa
aa
I
I
I
c
b
a
&
&
&
&
&
&
=
5-1
0
2
1
2
2
1
1
111
U

U
U
aa
aa
U
U
U
c
b
a
&
&
&
&
&
&
=
5-2
trong đó: a = e
j2

/3
; a
2
= e
j4

/3
; 1 + a + a
2

= 0
Dòng điện kích từ i
t
chỉ sinh ra s.đ.đ ứng với thnh phần thứ tự thuận E
0
= E
1
còn các
s.đ.đ thứ tự ngợc v không, không tồn tại E
2
= E
t0
= 0 nh vậy:
; ; 5-3
1111
ZIUE
&&&
+=
222
0
ZIU
&&
+=
000
0 ZIU
&&
+=
Từ các phơng trình 5-1; 5-2 v 5-3 ta suy ra
5-4

=
=
=
0022
2
110
0022110
2
0022110
)(
)(
)(
ZIZIaZIEaU
ZIZIaZIEaU
ZIZIZIEU
c
b
a
&&&&&
&&&&&
&&&&&
Các phơng trình 5-1; 5-2 v 5-3 l cơ sở để phân tích chế độ tải không đối xứng. Nó
gồm 9 phơng trình có chứa 12 ẩn số, (E
0
, Z
1

; Z
2
; Z
0
đã biết), muốn giải đợc tuỳ từng
trờng hợp cụ thể ta phải bổ sung thêm 3 phơng trình nữa.
5-2 Các tham số của máy phát điện đồng bộ khi lm việc ở tải không đối xứng.
1. Tổng trở thứ tự thuận Z
1
= r
1
+ jx
1

Tổng trở thứ tự thuận Z
1
chính l tổng trở của máy lúc tải đối xứng, với x
1
= x
đb
máy
cực ẩn, máy cực lồi l x
d
theo hớng dọc trục v x
q
theo hớng ngang trục.
2. Tổng trở thứ tự thuận Z
1
= r
1

+ jx
1
S.t.đ của hệ thống ngợc, quay ngợc với tốc độ đồng bộ vì vậy tốc độ tơng đối của nó
so với rô to l 2n
1
. Nó cảm ứng dòng điện trong dây quấn rôto có tần số 2f . Với máy cực
lồi nếu ta coi rôto đứng yên thì từ trờng quay ngợc có tốc độ 2n
1
l do dòng điện 2 pha
tần số 2f ở stato lệch nhau về thời gian một góc 90
0
v không gian 90
0
tạo nên, hình 5-1.
Máy điện 2
20