Tài liệu Điện công nghiệp - Máy điện II phần 3 doc

Chơng 3.
Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ
3.1 Đại cơng.
Quan hệ điện từ trong m.đ.đ.b bao gồm các phơng trình điện áp, đồ thị véc tơ, giản đồ
năng lợng v công suất điện từ của máy điện đồng bộ.
3.2 Phơng trình điện áp v đồ thị véc tơ.
Chế độ tải đối xứng ta chỉ cần xét cho một pha.
Đối với máy phát điện:
3-1
)jx(rIEU
uu
+=
&&&
Đối với động cơ v máy bù đồng bộ:
3-2
)jx(rIEU
uu
++=
&&&
Trong đó: U l điện áp đầu cực của máy, r

v x


l điện trở v điện kháng tản của dây
quấn phần ứng;
E

l s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn do từ trờng khe hở.
Khi mạch từ không bảo ho, áp dụng nguyên lý xếp chồng ta có:
3-3

u
EEE
&&&
+=
0

Khi mạch từ bảo ho ta phải xác định rồi suy ra
u
FFF
&&&
+=
0

E
&
1. Trờng hợp máy phát điện.
a/ Khi mạch từ không bảo ho.
Giả sử tải đối xứng v có tính cảm
(0 <

< 90
0
)
-/ Máy cực ẩn:
Phơng trình cân bằng điện áp l:
)jx(rIEEU
uuu
++=
&&&&
3-4

Chơng 2 ta đã xác định đợc
nên
uu
xIjE
&&
=
Hình 3.1 Đồ thị s.đ.đ máy phát đồng bộ cực ẩn
udbuuu
.rI.xIjE.rI)jx(xIj.EU
&&&&&&&
=+=
3.5
trong đó x
đb
= x

+ x


l điện kháng đồng bộ, thờng x
đb
= 0,7 - 1,6
Đồ thị véc tơ nh hình 3.1
- / Máy cực lồi.
Ta phân s.t.đ phần ứng F

thnh F
d
v F
q

, từ thông tơng ứng với các s.t.đ đó sẽ cảm
nên các s.đ.đ: v Phơng trình cân bằng điện áp có dạng.
uddud
xIjE
&&
=
uqquq
xIjE
&&
=
Máy điện 2
11
3.6
uuuquduuuqud
rIxIjxIjxIjE)x(rIEEEU
&&&&&&&&&&
=+++=
Đồ thị véc tơ nh hình 3.2 có tên
gọi l đồ thị Blondel
Hình 3.2 Đồ thị s.đ.đ máy phát điện đồng bộ cực lồi
Véc tơ do từ thông tản
của từ trờng phần ứng sinh ra không
phụ thuộc vo từ dẫn hớng dọc v
ngang trục, tuy nhiên ta cũng có thể
phân tích chúng theo 2 hớng dọc v
ngang trục:
u
xIj

&

uduq
uuu
xIjxIj
)sinxIcosxIj(xIj.



&&
&&&
=
==

v phơng trình điện áp đợc viết lại:
uqqdduuuquudd
rIxIjxIjErI)x(xIj)x(xIjEU
&&&&&&&&&
=++=
3.7
Trong đó:
x
d
= x
d
+ x


gọi l điện kháng đồng bộ dọc trục, thờng x
d
= 0,7 - 1,2

x
q
= x
q
+ x


gọi l điện kháng đồng bộ ngang trục, thờng x
q
= 0,46 - 0,76
Đồ thị véc tơ ứng với phơng trình 3.7 nh hình 3.3
b/ Khi mạch từ bảo ho.
Khi mạch từ bảo ho vì các hệ số k

d
v k

q
rất khó tính chính xác nên ta phải vẽ kết
hợp đồ thị s.t.đ v s.đ.đ với đờng cong không tải. Đồ thị ny đợc gọi l đồ thị s.t.đ.đ, có
tên l đồ thị Pôchiê.
- Máy cực ẩn:
Giả sử U, I, cos

, r

, x


v đặc tính không tải đã biết, để thnh lập đồ thị s.t.đ.đ trên

trục tung của đặc tính không tải, ta đặt véc tơ U v véc tơ I chậm sau U một góc

.
Hình 3.3 Đồ thị s.đ.đ máy phát
điện đồng bộ cực lồi đã biến đổi
Hình 3.4 Đồ thị S.T.Đ.Đ máy phát điện đồng bộ cực ẩn
Máy điện 2
12
Cộng U với v đợc . Trên trục honh đặt rồi cộng với hợp với
trục honh một góc 90
u
rI
&
u
xIj
&

E
&

F
&

F
&
uu
FK
&
0
+ (

+

), tìm đợc . Từ đồ thị ny xác định đợc

U = E -
U
0
F
&
đm
, thờng = (5 - 10)%
- Với máy phát đồng bộ cực lồi, việc thnh lập chính xác đồ thị véc tơ l rất khó, vì

d

v

q
hổ cảm với nhau, hơn nữa mức độ bảo ho theo 2 hớng lại khác nhau. Nh vậy x
d
v x
q
phụ thuộc cả vo

d
v

q
. Để đơn giản ta coi x

d
chỉ phụ thuộc vo

d
v x
q
chỉ phụ
thuộc vo

q
v k

q
đã biết. Khi
đó sau khi đã vẽ các véc tơ U, Ir


v jI.x


đợc , hình 3.5a, theo
hớng jI.x

E
&


vẽ đoạn

cos
I.x
uq
uq
E
CD ==
v xác
định đợc phơng của E. Trị số
x
q
có thể tính hoặc lấy bằng 1,1
- 1,15. Từ hình 3.5b ta cũng xác
định đợc CD qua OA = F'
q
=
k
q
.F
q
, sau đó xác định đợc E

d

= OF = MP, lấy MN = F'
d
=
k
d
.F
d

chiếu lên ta đợc E
a) b)
Hình 3-6 Cách xây dựng đồ thị véc tơ s.t.đ.đ
của máy đồng bộ cực lồi
2. Trờng hợp động cơ điện.
Động cơ điện đồng bộ có cấu tạo cực lồi vì vậy phơng trình điện áp sẽ l:
uqqdduuuquduu
rIxIjxIjEjxrIEEEjxrIEU
&&&&&&&&&&&
+++=++++=++=
)()(

3.8
Hình 3-7 Giản đồ năng lợng
a) máy phát; b) động cơ
a) b)
Hình 3-6 Đồ thị véc tơ Động cơ đồ
a) Thiếu kích thích; b) Quá kích thích
ng bộ

3.3 Giản đồ năng lợng của máy điện đồng bộ
Máy phát: P
đt
= P
1
- (p
cơ
+ p
t
+ p

f
) v P
2
= P
đt
- p
cu
- p
fe
Động cơ: P
đt
= P
1
- p
cu
- p
fe
v P
2
= P
đt
- (p
cơ
+ p
t
+ p
f
)

Máy điện 2

13
3.4 Các đặc tính góc của máy điện đồng bộ
1. Đặc tính góc công suất tác dụng.
P = f(

) khi E = const, U = const, với

l góc tải giữa véc tơ E v U.
Để đơn giản ta bỏ qua r

vì nó rất bé so với (x
đb
, x
d
, x
q
). Công suất đầu cực của máy
đồng bộ bằng: P = mUIcos


Theo đồ thị véc tơ hình 3.3 ta có:
Hình 3-8 Sự tạo nên P
U
d
d
x
UcosE
I

=

,
q
q
x
U.sin
I =
v

=

-

3.9
Do đó: P = mUIcos

= mUIcos(

-

)
= mU(Icos

.cos

+ Isin

.sin

)
P = mU(I

q
.cos

+ I
d
.sin

), thay I
d
v I
q
vo ta có:

cos sin
x
mU
sin
x
mEU
cos sin
x
mU
P
d
2
dq
2
+=

Hay

)sin2
x
1
x
1
(
2
mU
sin
x
mUE
P
dq
2
d
+=
= P
e
+ P
u
3.10
Từ biểu thức 3.10 ta thấy công suất tác dụng của máy đồng bộ cực ẩn có hai phần. Một
phần P
e
tỷ lệ với sin

v phụ thuộc vo kích từ; một phần P
u
tỷ lệ với sin2

không phụ
thuộc vo kích từ. Nh vậy đối với máy phát đồng bộ cực lồi khi mất kích từ công suất tác
dụng vẫn có một lợng nhỏ l P
u
. Ngời ta ứng dụng điều ny để chế ra các động cơ điện
phản kháng có công suất cơ vi chục oát.
- Với máy đồng bộ cực ẩn vì x
d
= x
q
nên
sin
x
UE
mP
db
=
3.11
Đặc tính góc công suất tác dụng máy điện đồng bộ nh hình 3.9

Động cơ Máy phát Động cơ Máy phát
Hình 3-9 Đặc tính góc công suất tác dụng. a) máy cực lồi; b) máy cực ẩn
Máy điện 2
14
2. Đặc tính góc công suất phản kháng.
Công suất phản kháng của máy điện đồng bộ đợc tính:
Q = mUIsin

= mUIsin(

-

) = mU(Isin

.cos

+ Icos

.sin

)

.cos

+ Icos

.sin

)
Q = mU(I
d
.cos

- I
q
.sin

) Q = mU(I
d
.cos

- I
q
.sin

)
Thay I
d
v I
q
vo ta có: Thay I
d
v I
q
vo ta có:
)
x
1
x
1
(
2
mU
)cos2
x
1
x
1
(
2

mU
cos
x
mUE
Q
dq
2
dq
2
d
++=

Đặc tính góc công suất phản kháng của máy điện đồng bộ nh hình 3.11.
Khi -

' <

< +

' máy phát công suất phản kháng vo lới, ngoi phạm vi trên máy
tiêu thụ công suất phản kháng.
Hình 3-10 Từ trờng khe hở
a) máy phát, b) động cơ
Hình 3-11 Đặc tính góc công
suất phản kháng máy cực lồi

Máy điện 2
15