Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 8: Máy phát điện đồng bộ

1 28.1. CẤU TẠO CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ : CẤU TẠO – NHIỆM VỤ CỦA CÁC THÀNH PHẦN 8.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: QUAN HỆ GIỮA TẦN SỐ VỚI TỐC ĐỘ QUAY. BIỂU THỨC SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHA HIỆU DỤNG 8.3. PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG: KHẢO SÁT PHẢN ỨNG THEO TÍNH CHẤT TẢI. MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG 1 PHA TỔNG TRỞ ĐỒNG BỘ TRÊN 1 PHA 8.4. CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC CỦA MÁY PHÁT: ĐỊNH NGHĨA – HỆ SỐ TẢI 8.5. ĐỘ THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP KHI MANG TẢI: 8.6. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ: ĐẶC TÍNH KHÔNG TẢI ĐẶC TÍNH TẢI (ĐẶC TÍNH NGOÀI) ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH 38.1. CẤU TẠO CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ Máy phát đồng bộ 3 pha bộ công suất thấp , 2p = 2 cực 4 CẤU TẠO STATOR MÁY PHÁT ĐIỆN CÓ NHIỀU CỰC TỪ 5CẤU TẠO ROTOR MÁY PHÁT ĐIỆN CÓ NHIỀU CỰC TỪ 6ROTOR MÁY PHÁT ĐIỆN 4 CỰC 7ROTOR MÁY PHÁT ĐIỆN 4 CỰC 8DCU   ktI ROTOR MÁY PHÁT ĐIỆN 4 CỰC 9 Máy phát điện đồng bộ xoay chiều 3 pha gồm hai thành phần chính : ROTOR (PHẦN CẢM) Nhiệm vụ: tạo từ trường kích thích DC. STATOR (PHẦN ỨNG) Nhiệm vụ: tạo thành nguồn áp 3 pha khi động cơ sơ cấp quay tròn đều phần cảm trong phần ứng. Trên Stator lắp 3 bộ dây quấn độc lập, lệch không gian từng đôi 120o . Số cực của phần cảm và phần ứng giống nhau. 10 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỘNG BỘ 3 PHA 11 ROTOR MÁY PHÁT ĐIỆN CHÍNH NỐI ĐỒNG TRỤC VỚI ROTOR MÁY PHÁT KÍCH TỪ ĐẦU TRỤC 12 13 14 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỘNG BỘ 3 PHA LOẠI CÓ MÁY PHÁT KÍCH THÍCH ĐẦU TRỤC 15 8.2. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG:  B o120 o120 Xét máy phát đồng bộ có 2p = 2 cực. Gọi  là góc quay hợp bởi trục của rotor so với trục bộ dây quấn AX.  là vận tốc góc của rotor được quay bởi động cơ sơ cấp. t  Từ thông xuyên qua bộ dây AX là :  AX B.A.cos t   16 A : tiết diện hiệu dụng của mỗi bộ dây quấn. Do các bộ dây đặt lệch không gian hình học 120o ; khi chọn trục tụng là trục của bộ dây quấn AX ta suy ra từ thông xuyên qua các bộ dây quấn BY và CZ có dạng sau:       AX o BY o CZ B.A.cos t B.A.cos t 120 B.A.cos t 240             B o120 o120 Đặt : m B.A  là từ thông cực đại 17       AX m o BY m o CZ m .cos t .cos t 120 .cos t 240               NHẬN XÉT: Từ thông xuyên qua mỗi bộ dây quấn đều biến thiên theo thời gian. Áp dụng công thức Faraday suy ra:       AX AX pha dq pha dq m oBY BY pha dq pha dq m oCZ CZ pha dq pha dq m de N K . N K .sin t dt de N K . N K .sin t 120 dt de N K . N K .sin t 240 dt                     18 Các sức điện động cảm ứng sinh ra trên 3 pha tạo thành nguồn áp 3 pha cân bằng. Với máy phát có 2p = 2 cực, ta có nhận xét sau  AX B.A.cos t    AX pha dq me N K .sin t    Vận tốc góc Động cơ sơ cấp Tần số góc Nguồn áp sinh ra Với máy phát có 2p = 2 cực, suy ra: 1n f 12 .n   2 .f   n1: tốc độ động cơ sơ cấp f : tần số nguồn áp Với máy phát có 2p cực, ta có : 1 p.nf 60  19 Từ thông sớm pha thời gian hơn sức điện động cảm ứng 1 góc 90o. Biên độ của sức điện động pha: Sức điện động pha hiệu dụng:  AX B.A.cos t    AX pha dq me N K .sin t    phamax pha dq m pha dq mE N K 2 .f.N K     phamax pha pha dq m pha dq m E 2E .f.N K 4,44f.N K 2 2      pha pha dq m pha dq 1 m pE 4,44f.N K 4,44 .N K n 60        pha pha dq m E m 1E 4,44f.N K K n    20 1p.nf 60  pha pha dq m E m 1E 4,44f.N K K n    Tần số nguồn áp sinh ra tỉ lệ thuận tốc độ quay của động cơ sơ cấp. Sức điện động hiệu dụng pha tỉ lệ thuận với từ thông kích thích và tốc độ quay của động cơ sơ cấp. Muốn điều chỉnh thay đổi tần số nhưng duy trì sức điện động hiệu dụng pha không đổi cần điều chỉnh tốc độ và từ thông kích thích tỉ lệ nghịch với nhau. Từ thông kích thích tỉ lệ thuận với dòng kích thích cấp vào phần cảm 21 8.3. PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG: Phản ứng phần ứng là tác động của dòng cảm ứng trở lại từ thông kích thích ban đầu. Dòng ứng sinh ra trên dây quấn phần ứng khi máy phát mang tải. Dòng ứng cũng chính là dòng cấp đến tải. Từ thông kích thích sinh ra trên phần cảm. Độ lớn từ thông tỉ lệ thuận với dòng kích thích. Phản ứng phần ứng phụ thuộc vào độ lớn của tổng trở tải và tính chất của tải. 22 maxmax ö phaE phaE u I uI Từ thông ứng và từ thông kích thích vuông góc với nhau . Phản ứng phần ứng ngang trục. 23 max max ö phaE phaE u I uI Từ thông ứng và từ thông kích thích ngược hướng với nhau . Phản ứng phần ứng khử từ dọc trục. 24 maxmax ö phaE phaE uI uI Từ thông ứng và từ thông kích thích cùng hướng với nhau . Phản ứng phần ứng trợ từ dọc trục. 25 XS : Điện kháng đồng bộ , đặc trưng cho tác dụng của phản ứng phần ứng. S pha SZ R jX  Điện kháng đồng bộ phức của 1 pha 26 8.4. CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC CỦA MÁY PHÁT: Các thông số định mức của máy phát được định nghĩa trên Tải, khi máy phát đang mang Tải. Máy phát có 3 thông số định mức : Sđm ; Udâyđm ; Idâyđm 27 dm pdm pdm ddm ddmS 3.U .I 3.U .I  Công suất biểu kiến định mức CHÚ Ý : Khi Tải thay đổi máy phát luôn cấp áp đến Tải bằng đúng định mức . Uphađm hay Udâyđm luôn luôn không đổi . 28 Công suất tác dụng tiêu thụ bởi Tải : tai pdm p tai ddm d taiP 3.U .I .cos 3.U .I .cos    Hệ số Tải kT ptai tai d T dm tai dm pdm ddm IS P Ik S cos .S I I     29 8.5. ĐỘ THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP KHI MANG TẢI: TRƯỜNG HỢP TẢI TÍNH CẢM         2 2pha pha pha pha pha S phaE U .cos R .I U .sin X .I 30 TRƯỜNG HỢP TẢI TÍNH DUNG         2 2pha pha pha pha pha S phaE V .cos R .I V .sin X .I        pha pha pha E U U% 100 U Phần trăm thay đổi điện áp 31 8.6. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ: Máy phát điện đồng bộ có 3 đặc tính làm việc: Đặc tính không tải. Đặc tính Tải (hay đặc tính ngoài). Đặc tính hiệu chỉnh. Đặc tính không tải là đồ thị hay đường biểu diễn mô tả quan hệ giữa sức điện động pha theo dòng kích thích ( Epha= f (Ikt) ). Đặc tính Tải là đồ thị hay đường biểu diễn mô tả quan hệ giữa áp pha theo dòng tải ( Upha= f (Itải) ). Đặc tính hiệu chỉnh là đồ thị hay đường biểu diễn mô tả quan hệ giữa dòng tải theo dòng kích thích ( Itải= f (Ikt) ) 32 11n 12n 13n 11 12 13)(n n n  Duy trì không đổi tốc độ quay động cơ sơ cấp , giữ tần số bằng giá trị định trước. Điều chỉnh thay đổi dòng kích thích để có giá trị sức điện động pha tương ứng. pha E m 1E K n  33 Trước khi thực hiện thí nghiệm đo đặc tính tải cần thực hiện thao tác sau: Hở mạch Tải với phần ứng, chỉnh tốc độ quay động cơ sơ cấp tương ứng với tần số định trước. Chỉnh dòng Ikt để có Epha = Upha đm Đấu nối Tải vào phần ứng, duy trì dòng kích thích và tần số không đổi . Điều chỉnh thay đổi độ lớn của Tải ghi nhận cặp giá trị tương ứng ( Ipha ; Upha) 34  cos 1  cos 0,7 treã  cos 0,7 sôùm  2U 1U pha1I pha2I phadmU 35 Trước khi thực hiện thí nghiệm đo đặc tính điều chỉnh cần thực hiện thao tác sau: Hở mạch Tải với phần ứng, chỉnh tốc độ quay động cơ sơ cấp ứng với tần số định trước. Chỉnh dòng Ikt để có Epha = Upha đm Đấu Tải vào phần ứng, duy trì tần số không đổi . Thay đổi độ lớn của Tải, điều chỉnh dòng kích thích để duy trì áp trên Tải luôn bằng gía trị định mức . Ghi nhận cặp giá trị tương ứng ( Ipha ; Ikt ) 36  cos 1  cos 0,7 treã  cos 0,7 sôùm pha1I pha2I ktoI ktoI kt Taêng I ktGiaûm I