Bài giảng Lý thuyết máy điện - Chương 5: Máy điện đồng bộ - Văn Thị Kiều Nhi

Nội dung text: Bài giảng Lý thuyết máy điện - Chương 5: Máy điện đồng bộ - Văn Thị Kiều Nhi

1. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I. Khái niệm. II. Cấu tạo máy điện đồng bộ. III. Nguyên lý hoạt động máy điện đồng bộ. IV. Các phương trình cân bằng điện áp V. Đặc tính gĩc cơng suất
2. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I. Khái niệm. Máy điện đồng bộ là loại máy điện xoay chiều mà tốc độ quay rotor bằng tốc độ từ trường quay. Được dùng làm máy phát điện, điện áp của máy phát thường từ 13 kv đến 28kv, cơng suất cĩ thể đến 1000 MVA . Được dùng làm động cơ đồng bộ , tiêu thụ cơng suất tác dụng, bù cơng suất phản kháng vào lưới điện, nâng cao hệ số cơng suất của lưới điện .
3. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ II. Cấu tạo Stator: Stator của máy điện đồng bộ giống như stator của máy điện khơng đồng bộ, gồm cĩ lõi thép và dây quấn. Rotor: a)Rotor cực lồi:(xd, xq) b) Rotor cực ẩn(xđb)
4. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ II. Cấu tạo Bộ kích từ: Tạo ra từ thơng khơng đổi theo thời gian. Nguồn cung cấp dịng điện một chiều cho dây quấn kích thích cĩ thể là Máy phát 1 chiều hoặc chỉnh lưu III. Nguyên lý hoạt động Khi động cơ sơ cấp quay, kéo rotor máy phát đồng bộ và máy phát một chiều quay theo tới tốc độ định mức, máy phát kích thích thành lập được điện áp và cung cấp dịng điện một chiều vào dây quấn phần cảm máy đồng bộ, phần cảm trở thành nam châm điện Do rotor (phần cảm) quay nên từ trường phần cảm cắt các thanh dẫn dây quấn phần ứng (stator) làm cảm ứng trong dây quấn sức điện động hình sin. pn f E = 4,44.f.k .w . . 60 dq 1 0 Dây quấn 3 pha stator cĩ trục lệch nhau trong khơng gian một gĩc 1200 điện, e 2E.sin t dịng điện 3 pha chạy trong dây quấn phần ứng sẽ sinh a ra từ trường quay với tốc độ e 2E.sin(t 120o ) b 60f o n1 n máy điện đồng bộ ec 2E.sin(t 240 ) p
5. - Khi máy điện ở trạng thái khơng tải : trong máy cĩ từ trường tĩnh của phần cảm (DC) - Khi máy điện cĩ tải : ngồi từ trường tĩnh của phần cảm (DC) cịn cĩ từ trường quay đều của phần ứng. Sự tương tác giữa từ trường phần cảm và từ trường phần ứng khi cĩ tải goại là phản ứng phần ứng. Tải thuần trở Tải thuần cảm Tải thuần dung E E E I ư ư ư  ư I S N S I N S N    ư   ư ngược chiều với cùng chiều với Do ư   Do ư  Do ư  pưpư ngang trục khử từ pưpư dọc trục khử từ pưpư dọc trục trợ từ Đĩng tải sụt áp Đĩng tải sụt áp Đĩng tải tăng áp Tải cảm Tải dung E E ư ư I I ư  S ư N S N    hợp với hai thành phần hợp với hai thành phần Do ư  Do ư  pưpư ngang trục khử từ và dọc trục khử từ pưpư ngang trục khử từ và dọc trục trợ từ Đĩng tải sụt áp Đĩng tải tăng áp
6. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ IV. Phương trình cân bằng điện áp Sơ đồ tương đương một pha. Ep : sức điện động cảm ứng trên dây quấn phần ứng do từ trường của phần kích từ tạo ra. Eư : sức điện động cảm ứng trên dây quấn phần ứng do dịng điện biến thiên trên dây quấn phần ứng tạo ra. E: sức điện động cảm ứng trên dây quấn phần ứng do từ trường tản tạo ra Rư : điện trở trên một pha của dây quấn phần ứng. Up , Ip : điện áp pha, dịng điện pha của máy điện đồng bộ. Phương trình cân bằng điện áp cho máy phát điện đồng bộ : E E E U R .I  p  ư   p ư p σ Phương trình cân bằng điện áp cho động cơ điện đồng bộ: E E E U R .I  p  ư   p ư p σ
7. V. Giản đồ vector của máy phát điện: E E E U R .I  p  ư   p ư  p σ E jX .I  ư ư  p Xư : điện kháng dây quấn phần ứng phần ứng/ pha E jX .I   p X : điện kháng tản của dây quấn phần ứng phần ứng/ pha 1. Máy phát điện đồng bộ cực từ ẩn: (Do khe hở khơng khí đều) E U R .I j(X X )I U R .I jX I p p ư p σ ư p  p ư p đb p X + X Xđb =  ư : điện kháng đồng bộ trên dây quấn phần ứng phần ứng/ pha Sơ đồ tương đương một pha. ˆ jxđb R I I I ,U ư ư p p p u i ˆ E ,I  p p ˆ U Z E ,U E  tải p p  p p  gĩc tải, gĩc điện áp, gĩc moment, gĩc cơng suất
8. E U R .I jX I U ,I ,X ,R E p p ư p đb p Cĩ  p p đb ư . Tìm  p - Tải trở: = 0 - Tải dung: Ip sớm so với Up , 0 U o I - Nếu chọn p = Up0 p I + Tải cảm : p = Ip- jX I đb p I E + Tải dung : p = Ip  p I o U - Nếu chọn p = Ip0 p R .I ư p U U  p  p + Tải cảm : = Up U   p  + Tải dung : = Up- I p
9. 2. Máy phát điện đồng bộ cực từ lồi: Do khe hở khơng khí khơng đều nên từ trường trên hai phương khác nhau, khảo sát trên I I I hai phương d, q  p q d E E E U R .I  p  ư   p ư  p σ E E E jX .I jX .I  ư  ưd  ưq ưd d ưq q E jX .I  p jX .I jX .I    d  q E U R .I jX .I jX .I jX .I jX .I p p ư p ưd d ưq q  d  q U R .I j(X X )I j(X X )I p ư p ưq  q ưd  d U R .I jX I jX I  p ư p qq dd Xq = X + Xưq : điện kháng đồng bộ ngang trục. Xd = X + Xưd : điện kháng đồng bộ dọc trục. U ,I ,X ,X ,R E Cĩ p p d q ư . Tìm p I  q I I cos I I q p p Tìm I , q q I I sin d p I d
10. Máy phát điện đồng bộ cực từ lồi: E U R .I jX I jX I A  p  p ư p qq dd I I cos q p    I I sin d p  jX I dd Các bước tính tốn: jX I OA U R I jX I OA q p  p ư p qp  jX I E U cos R .I cos X I qq p p  ư p  d d   R I E ư  p I I sin p d p  U  p E E  p p I q  I p O I d
11. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ V. Đặc tính gĩc cơng suất của máy điện đồng bộ 1. Đặc tính gĩc cơng suất tác dụng: Up , Ep =const, P = f() Cơng suất tác dụng của máy điện đồng bộ : P m.U .I .cos m.U .I .cos( ) p p p p   m.U .I .(cos cos sin sin ) m.U (I cos I sin ) (5.1) p p     p q  d       Từ phương trình:Ep Up R u.Ip jXqIq jXdId (5.2) Chiếu lên phương q : Ep = Upcos + Rư .Iq + Xd.Id (5.3) Chiếu lên phương d : 0 = Up sin + Rư .Id - Xq.Iq Từ (5.2) và (5.3) Iq , Id Thay vào (5.1) ta được : m.U .E (X sin R cos ) mU2 (X X )sin2 P p p q  ư  p d q  X X R2 2 X X R2 d q ư d q ư m.U .E sin mU2 p p  p 1 1 (X , X >> R ) P sin 2 d q ư X 2 X X d q d
12. ĐC P MP Máy điện đồng bộ cực từ ẩn: X = X = X d q đb P m.U .E sin max P p p  X đb đ  180o 90o 180o Máy điện đồng bộ cực từ lồi: P m.U .E sin mU2 1 1 P p p  p sin 2 P  max X 2 X X d q d Để vận hành máy phát ổn định: 90o 180o  max 0  max ĐC MP
13. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ V. Đặc tính gĩc cơng suất 2. Đặc tính gĩc cơng suất phản kháng: Q= f(Up , Ep ) Cơng suất phản kháng của máy : Q m.U .I .sin m.U .I .sin( ) p p p p   m.U .I .(sin cos cos sin ) m.U (I cos I sin ) (5.4) p p     p d  q  Từ (5.2) và (5.3) Iq , Id Thay vào (5.4) ta được : Q m.U .E .cos mU2 mU2 p p  p 1 1 p 1 1 Q cos2 Q X 2 X X 2 X X max d q d q d Để vận hành ổn định: o o 90o o o 90o 45 45  -  + ĐC MP
14. 3. Giản đồ năng lượng của máy điện đồng bộ + Tổn hao cơ : Pcơ (pcơ) do ma sát, quạt giĩ, khơng phụ thuộc tải vì vận tốc khơng đổi. + Tổn hao phụ : Pf (pf) do dịng xốy trong dây dẫn phần ứng & do tổn hao lõi vì từ trường bị xoắn dạng. 2 + Tổn hao đồng trên cuộn dây kích từ Pkt = pkt = Rkt. I kt = Ukt.Ikt p = 2 + Tổn hao đồng trên phần ứng P Cu = Cu mRư. I p + Tổn hao mạch từ P Fe = pFe tổn hao sắt từ do dịng xốy & từ trễ trong mạch từ. Uo(Eư) U(Uđm) P P 1 đt đ P2 (Pđm) P1 M1 = Pđt Mđt =   (điện) (cơ) p p p Cu p cơ p f kt Fe S 3U .I đm đm đm Máy phát P = p + p + p + p + p P S .cos cơ f kt Cu Fe đm đm Q S .sin đm đm
15. P2 (Pđm) P1 Pđt (cơ) (điện) p p p cơ p Cu p Fe kt f Động cơ P 3U .I cos Q 3U .I sin 1 đm đm 1 đm đm P = p + p + p + p + p cơ f kt Cu Fe P đm P 3U .I .cos .  P đm đm đm  1 P P M = đ2 M = đt 2  đt 
16. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ VI. Máy phát điện làm việc song song (ghép vào lưới điện hoặc ghép với máy phát điện khác) 1. Mục đích: - Đảm bảo cơng suất điện cấp cho phụ tải. - Giảm cơng suất nguồn dự phịng. - Tăng độ tin cậy cung cấp điện. - Cho phép sử dụng nhiều nguồn năng lượng sơ cấp khác nhau. - Cho phép vận hành kinh tế nhất. 2. Điều kiện máy phát điện làm việc song song: - Cùng điện áp - Cùng tần số - Cùng thứ tự pha. - Cùng gĩc lệc pha.
17. 3. Phương pháp hịa đồng bộ: a. Phương pháp hịa đồng bộ dùng ba đèn tối: A a c s C B b Khi ba đèn tối, bật cơng tắc S G 3
18. 3. Phương pháp hịa đồng bộ: b. Phương pháp hịa đồng bộ dùng ba đèn sáng quay: A a c s C B b Khi ba đèn sáng quay đều, bật cơng tắc S G 3