Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 8: Máy điện đồng bộ
Máy điện đồng bộ:
Máy điện xoay chiều có tốc độ của rô to (n) bằng tốc độ của từ
trường quay (n1).
Dùng làm các máy phát điện xoay chiều (phần lớn).
Dùng làm động cơ điện đồng bộ để truyền tải cho các phụ tải có
yêu cầu tốc độ quay không đổi và có công suất lớn (từ vài trăm kW
trở lên).
Dùng làm máy bù đồng bộ nâng cao hệ số công suất cos của
lưới điện.
Máy điện đồng bộ
gồm 2 phần chính là
Stato và Rôto.
Thông thường:
Stato → Phía ngoài
Rôto → Phía trong.
1,2: Lõi thép, dây
quấn Stato.
3,4: Lõi thép, dây
quấn Rôto.
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Trang 6
Trang 7
Trang 8
Trang 9
Trang 10
Tải về để xem bản đầy đủ
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 8: Máy điện đồng bộ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 8: Máy điện đồng bộ
g trục khác nhau (cực lồi), khi không có dòng điện kích từ vẫn có thể hoạt động được do thành phần công suất Pu tạo nên được mômen quay → nguyên lý của động cơ phản kháng CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Đặc tính P = f() khi U = const, E0 = const được gọi là đặc tính công suất – góc. Máy phát, làm việc ổn định khi nằm trong khoảng 0 900, và khi tải định mức, = 200 30 CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 5.2. Công suất phản kháng Công suất phản kháng của máy phát điện đồng bội: sin.I.U.mQ sin.I.U.mQ sincos.I.U.mcossin.I.U.mQ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 0E I đbXIj U CB A O cosUEOBOAABsinX.I 0đb Từ đồ thị véc tơ: sinUBCcosX.I đb đb 0 X cosUE sin.I đbX sinU cos.I CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ sin X sinU U.mcos X cosUE U.mQ đbđb 0 Thay các giá trị Icosψ và Isinψ vào biểu thức công suất phản kháng đb 22 2 đb 0 X cossin U.mcos X E U.mQ đb 2 đb 0 X U .mcos X E U.mQ UcosE X U.m Q 0 đb CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 5.3. Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng + Điều chỉnh công suất tác dụng: Máy máy phát điện, cơ năng được biến thành điện năng. Để điều chỉnh công suất tác dụng P → phải điều chỉnh công suất cơ của động cơ sơ cấp (tuốc bin hơi, tuốc tin khí v.v..) + Điều chỉnh công suất phản kháng UcosE X U.m Q 0 đb Từ biểu thức công suất phản kháng CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Khi giữ U, f, P không đổi thì xảy ra các trường hợp: - Nếu E0cos < U Q < 0, máy không phát mà nhận công suất phản kháng của lưới, máy thiếu kích từ, làm giảm hệ số cos lưới điện. - Nếu E0cos = U Q = 0 máy không phát mà cũng không nhận công suất Q của lưới. - Nếu E0cos > 0 Q > 0 , máy phát công suất phản kháng cung cấp cho lưới, máy quá kích từ. Như vậy, muốn thay đổi công suất phản kháng, ta phải thay đổi E0 bằng cách điều chỉnh dòng kích từ (Ikt). Bởi vì khi Ikt tăng → E0 tăng→ cos tăng (vì E0sin =const) do đó Q tăng CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 6. Đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh 6.1. Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ Đặc tính ngoài của máy phát là quan hệ điện áp trên cực máy phát và dòng điện tải, U = f (I) khi tính chất tải không đổi (cos = const, tần số và dòng điện kích từ máy phát không đổi) Từ phương trình điện áp ddqq0 XIjXIjEU Vẽ đồ thị điện áp máy phát ứng với các loại tải khác nhau: R, L, C CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Đồ thi quan hệ U = f ( I ) khi cosφ = const, Ikt = const và tần số không đổi. Ta thấy khi phụ tải của máy phát điện tăng: Đối với tải dung điện áp tăng. Đối với tải cảm và trở, điện áp giảm (tải cảm điện áp giảm nhiều hơn) Khi tải có tính chất cảm phản ứng phần ứng dọc trục khử từ làm từ thông tổng giảm do đó đặc tính ngoài dốc hơn tải điện trở CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Với các loại tải khác nhau, để điện áp U = Uđm khi tải định mức → phải thay đổi E0 bằng cách điều chỉnh dòng điện kích từ Ikt. Đường đặc tính ngoài ứng với điều chỉnh kích từ sao cho khi I = Iđm có U = Uđm hình bên. Trong đó: E0 = U0L tải cảm, E0 = U0R tải trở E0 = U0C tải dung CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Độ biến thiên điện áp đầu cực của máy phát khi làm việc định mức so với khi không tải xác định: 100 U UE 100 U UU U đm đm0 đm đm0 % Độ biến thiên điện áp U% của máy phát đồng bộ có thể đạt đến vài chục phần trăm vì điện kháng đồng bộ Xđb khá lớn CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 6.2. Đặc tính điều chỉnh Đường đặc tính điều chỉnh là quan hệ giữa dòng điện kích từ và dòng điện tải khi điện áp U không đổi và bằng định mức CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 7. Máy phát điện đồng bộ làm việc song song Hệ thống điện gồm nhiều máy phát điện đồng bộ làm việc song song với nhau cùng cấp điện cho phụ tải, tạo thành lưới điện. Công suất của lưới điện rất lớn so với công suất mỗi máy riêng rẽ, do đó điện áp cũng như tần số của lưới có thể giữ không đổi, khi thay đổi tải. Để các máy làm việc song song, phải đảm bảo các điều kiện sau: 1. Điện áp của máy phát phải bằng điện áp của lưới điện và trùng pha nhau. 2. Tần số của máy phát phải bằng tần số của lưới điện. 3. Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự pha của lưới điện. CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 8. Động cơ điện đồng bộ 8.1. Nguyên lý làm việc, phương trình điện áp và độ thị véctơ Khi cho dòng điện ba pha iA, iB, iC vào ba dây quấn stato, dòng điện ba pha ở stato sẽ sinh ra từ trường quay với tốc độ n1 = 60.f / p. Đồng thời, cho dòng điện một chiều vào dây quấn rôto → nam châm điện. Tác dụng tương hỗ giữa từ trường stato và từ trường rôto tạo ra lực tác dụng lên rôto CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Từ trường stato quay với tốc độ n1 nên lực tác dụng ấy sẽ kéo rôto quay với tốc độ n = n1 . Trục rôto nối với máy sản xuất, thì động cơ đồng bộ cũng kéo máy đó quay với tốc độ n không đổi Phương trình cân bằng điện áp của động cơ điện đồng bộ: uđb0 RIXIjEU Bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn Stato đb0 XIjEU CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 0E I đbXIj U Đồ thị véc tơ: CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 8.2. Điều chỉnh hệ số cos của động cơ điện đồng bộ Thay đổi tăng dòng kích từ thì E0 tăng. Nhưng giữ cho công suất tác dụng không đổi thì E0sin = const → cos tăng. Như vậy có thể thay đổi công suất phản kháng Q dẫn đến thay đổi được hệ số cos . Để thấy rõ điều này ta xét 3 trường hợp thể hiện trên đồ thị véc tơ ứng với 3 tình trạng: - Thiếu kích từ - Đủ kích từ - Quá kích từ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 0E I đbXIj U 0 - Thiếu kích từ Do U, f, P không đổi nên Icos = const, E0sin = const nên véc tơ E và I có điểm cuổi trên các đường Δ và Δ’ ' Dòng chậm pha sau áp, góc φ > 0, động cơ tiêu thụ công suất phản kháng của lưới điện. CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ - Đủ kích từ 0E I đbXIj U 0 ' Dòng trùng pha với điện áp, góc φ = 0, động cơ không tiêu thụ công suất phản kháng của lưới điện. CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 0E I đbXIj U 0 - Quá kích từ ' Dòng sớm pha trước điện áp, góc φ < 0, động cơ phát công suất phản kháng vào lưới điện. CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 8.3. Mở máy động cơ điện đồng bộ Mở máy động cơ đồng bộ, cho dòng điện xoay chiều ba pha vào 3 dây quấn phần ứng và cho dòng điện một chiều vào dây quấn kích từ thì động cơ không thể quay được. Do sự đổi chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng làm chiều của lực điện từ đổi chiều theo chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng → vì có quán tính, rôto không quay ngay được, lực điện từ (do đó mômen điện từ) tác dụng lên rôto phải theo một chiều cố định. Để mở máy động cơ đồng bộ phải áp dụng các phương pháp đặc biệt. CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ - Mở máy nhờ động cơ phụ: Dùng động cơ không đồng bộ khác kéo rôto của động cơ đồng bộ đến một tốc độ nào đấy, sau đó động cơ sẽ quay đồng bộ theo nguyên lý của nó - Mở máy trực tiếp: Cấu tạo động cơ đồng bộ có khác biệt, trên các mặt cực từ rôto, có các thanh dẫn được nối ngắn mạch như lồng sóc ở động cơ không đồng bộ. Khi mở máy nhờ có dây quấn mở máy ở rôto, động cơ làm việc như động cơ không đồng bộ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Trong quá trình mở máy ở dây quấn kích từ sẽ cảm ứng điện áp rất lớn, có thể phá hỏng dây quấn kích từ, vì thế dây quấn kích từ phải được khép mạch qua điện trở phóng điện có trị số bằng 6-10 lần điện trở dây quấn kích từ. Khi rôto đã quaylên tốc độ n n1, ta đóng nguồn điện một chiều vào dây quấn kích từ, động cơ sẽ làm việc đồng bộ. Với động cơ công suất lớn (khoảng 3-5MW, phải hạn chế dòng mở máy bằng cách giảm điện áp đặt vào stato, thường dùng điện kháng hay máy biến áp tự ngẫu nối vào mạch stato. Nhược điểm của động cơ điện đồng bộ là mở máy và cấu tạo phức tạp nên giá thành đắt so với động cơ điện không đồng bộ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 9. Các ví dụ Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn đấu sao, Sđm= 10.000 kVA; Uđm = 6,3kV; f = 50Hz; cos = 0,8; số đôi cực p = 2; điện trở dây quấn stato R = 0,04; điện kháng đồng bộ Xđb = 1; tổn hao kích từ Pkt = 2% Pđm, tổn hao cơ, sắt từ Pcstf = 2,4% Pđm. a) Tính tốc độ quay rôto, dòng điện định mức b) Tính công suất tác dụng và phản kháng máy phát ra. c) Công suất động cơ sơ cấp kéo máy phát và hiệu suất máy phát Ví dụ 1: CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ a) Tốc độ quay rôto: Bài giải: )ph/vg(1500 2 50.60 p f.60 n Dòng điện định mức: A5,916 3,6.3 10.10 U.3 S I 3 đm đm đm b) Công suất tác dụng và phản kháng : kW10.88,0.10.10cosSP 33đmđm kVAr10.66,0.10.10sinSQ 33đmđm CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Tổn hao kích từ Tổng tổn hao sắt từ, cơ và phụ Tổn hao trên điện trở dây quấn phần ứng kW16010.8.02,0P.02,0P 3đmkt kW19210.8.024,0P.024,0P 3đmcf.st kW 100,8 = 0,04 .916,5.3P 21đ Công suất động cơ sơ cấp: đ1st.cfktđm1 P + P + P + PP kW 8452,8 = 100,8 + 192 + 160 + 8000P1 CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Hiệu suất máy phát 946,0 8,8452 8000 P P 1 đm CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Hai máy phát điện đồng bộ làm việc song song cung cấp điện cho hai tải: Tải 1: S1 = 5000 kVA; cos 1 = 0,8 Tải 2: S2 = 3000 kVA; cos 2 = 1. Máy phát thứ nhất phát ra P1 = 4000 kW, Q1 = 2500 kVAr. Tính công suất máy phát thứ hai và hệ số công suất mỗi máy phát. Ví dụ 2: Công suất tác dụng của 2 tải Bài giải: kW 7000 = 1 3000. + 0,8 5000. =P cosS + cosS = P t 2211t CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Công suất phản kháng của 2 tải kVAr 3000 = 0 + 5000.0,6 =Q sinS + sinS = Q t 2211t Công suất tác dụng máy phát 2: kVAr50025003000 QQQ 1t2 kW300040007000PPP 1t2 Công suất phản kháng máy phát 2: CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Hệ số công suất máy phát 1: 848,0 25004000 4000 QP P cos 222 1 2 1 1 1 Hệ số công suất máy phát 2: 986,0 5003000 3000 QP P cos 222 2 2 2 2 2 CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Một động cơ điện đồng bộ ba pha đấu sao có thông số Pđm = 575 kW, Uđm = 6000V; = 0,95; cos đm = 1; f = 50Hz. a) Tính mômen quay định mức, dòng điện định mức. b) Nếu mômen cản chỉ đạt 75% Mđm thì công suất phản kháng tối đa động cơ có thể bù cho mạng điện là bao nhiêu? Muốn đạt điều đó phải làm thế nào? Ví dụ 3: a) Tốc độ quay rôto Bài giải: )ph/vg(1000 3 50.60 p f.60 nn 1 CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Mômen định mức Nm5493 67,104 10.575P M 3 đm đm đm Dòng điện định mức A2,58 95,0.1.6000.3 10.575 cosU.3 P I 3 đmđmđm đm đm Tốc độ góc định mức )s/rad(67,104 3 50.14,3.2 p f.2 đm CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Công suất điện động cơ tiêu thụ kW605 95,0 575P P đm đm đ1 Tổn hao công suất động cơ khi tải định mức kW30575605PPP đmđ1 Tổn hao công suất động cơ khi tải gần định mức gần như không thay đổi: Cơ năng động cơ phát ra khi mômen cản bằng 75% định mức: kW431575.75,0P.75,0P đmco CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Công suất tác dụng động cơ điện nhận ở lưới điện: kW46130431PPP co1 Công suất phản kháng động cơ điện có khả năng phát : kVAr390461605PSQ 2221 2 đmmax CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Bài tập Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn, dây quấn stato nối sao, điện áp dây không tải U0d = 398,4V. Khi dòng điện tải I = 6A, cos = 0,8 ( >0) thì điện áp Ud = 380V. Thông số dây quấn stato R = 0; điện kháng tản Xt 0,2. a) Tính sức điện động pha của máy phát khi không tải. b) Tính điện kháng đồng bộ Xđb và điện kháng Xư. Bài số 8.1 CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Bài giải: Khi không tải, dòng điện I = 0, điện áp ở cực máy bằng sđđ: V230 3 4,398 3 U E d00 Theo đồ thị véc tơ điện áp máy cực ẩn: 2p20 2 pđb cosUEsinUX.I 0E I đbXIj U CB A O sinUcosUEX.I p 2 p 2 0đb CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I sinUcosUE X p 2 p 2 0 đb Điện kháng đồng bộ: 68,2 6 6,0.2208,0.220230 X 22 đb Điện kháng phần ứng: 48,22,068,2XXX tđbu CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn, có Sđm = 1500kVA, Uđm = 6000V; cos đm = 0,8; dây quấn stato nối Y và có điện trở R = 0,45; điện kháng đồng bộ Xđb = 6. a) Một tải có U = 6000V, cos = 0,8 tiêu thụ dòng điện bằng định mức của máy phát. Tính dòng điện, công suất tác dụng và công suất phản kháng của tải. b) Nếu cắt tải còn dòng kích từ vẫn giữ trị số như lúc có tải như trên thì điện áp đầu cực máy phát bằng bao nhiêu? Bài số 8.2. CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Bài giải: Dòng điện định mức máy phát: A144 10.6.3 10.5,1 U.3 S I 3 6 đm đm đm Dòng điện tải bằng dòng định mức máy phát → công suất của tải: kW12008,0.144.6000.3cos.I.U.3P kVAr9006,0.144.6000.3sin.I.U.3Q CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 0E I đbXIj U uRI Từ đồ thị véc tơ: uđb0 RIXIjEU Từ phương trình điện áp máy phát cực ẩn → vẽ đồ thị véc tơ: O A C D B 22 0 OBABOAE sin.UX.IAB đb cosUR.IOB u CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 2u 2 đb0 cosUIRsinUIXE 220 8,0.34642.1446,0.34646.144E V4244E0 Điện áp máy phát: V73514244.3E.3U 0 CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Một máy phát điện đồng bộ cực ẩn có sức điện động E = 420V, điện kháng tản Xt = 1 cấp điện cho tải được kích thích sao cho trên tải có dòng tác dụng, góc pha giữa điện áp với sức điện động là = 150. Khi bỏ qua điện trở phần ứng, hãy xác định dòng điện tải, điện áp trên tải và công suất tác dụng Bài số 8.3. Bài số 8.3. CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ đb0 XIjEU Đồ thị véc tơ phương trình: 0E I đbXIj U CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
File đính kèm:
- bai_giang_ky_thuat_dien_chuong_8_may_dien_dong_bo.pdf