Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 9: Máy phát điện đồng bộ

CHƯƠNG IX : máy điện đồng bộ 9.1 Khái niệm chung 9.2 Cấu tạo 9.3 Nguyờn lý làm việc của mỏy phỏt đồng bộ 3 pha 9.4 Từ trường và phản ứng phần ứng 9.5 Phương trỡnh cõn bằng điện ỏp và đồ thị vộc tơ 9.6 Đặc tính góc 9.7 Đặc tính làm việc 9.9 Động cơ đồng bộ 2. Các số liệu định mức: Pđm, Uđm, Iđm, nđm 9.1 Khái niệm chung 1. Định nghĩa: Mỏy điện xoay chiều, tốc độ rụto n = n1 (đồng bộ) 9.2 Cấu tạo - Stato (Phần ứng): như stato ĐCKĐB - Rụto (Phần cảm): NCĐ một chiều Stato Rụto Dõy quấn kớch từ * Đặc điểm: D nhỏ, L lớn, n cao D lớn, L nhỏ, n thấp a. Rụto cực ẩn b. Rụto cực lồi 9.3 Nguyờn lý làm việc của mỏy phỏt đồng bộ 3 pha U= S N φo Eo Eo = 4,44 f Wkdqφo f = pn 60 CD II3pha
Từ trường quay 1 60f n p =
n = n1 n 9.4 Từ trường và phản ứng phần ứng Khi khụng tải: φo Khi cú tải: φư + φ0
φ0 thay đổi: Phản ứng phần ứng Lưới nối với tải 1. Tải thuần trở 0I pha E≡ r uur oE ur oφ r N Sn I r φr − Phản ứng phần ứng ngang trục q
giảm φ0 khi bóo hũa 2. Tải thuần cảm I r chậm sau oE ur 1 gúc 90o oE ur oφ r nN S I rφ r − Phản ứng dọc trục d
giảm φ0 : khử từ 3. Tải thuần dung oE ur oφ r n N S I r φr − I r vượt trước oE ur 1 gúc 90o Phản ứng dọc trục trợ từ 4. Tải hỗn hợp Giả sử tải cú tớnh chất điện cảm I r chậm sau oE ur 1 gúc ψ oφ r n N S oE ur I r I r d I r q φr −q φr−dPhản ứng vừa ngang trục vừa dọc trục khử từ ψ Id = Isinψ Iq = Icosψ φ r −d φ r −q 9.5 Phương trỡnh cõn bằng điện ỏp và đồ thị vộc tơ 1. Chế độ mỏy phỏt φo φưd do Ikt a. Máy cực lồi do Id φưq do Iq Móc vòng stato
rôto φt do I
móc vòng riêng với stato δdδq φt φo φưd ud d udE jI X • • = − φưq uq q uqE jI X • • = − o ud uq t uU E E E E R I • • • • • • = + + + − Phương trình cân bằng điện áp: o d qud uq t uU E jI X jI X jI X R I • • • • • • = − − − − φt t tE jI X • • = − 0E • Xud: điện khỏng phản ứng phần ứng dọc trục Xuq: điện khỏng phản ứng phần ứng ngang trục d qI I I • • • = + o d qud t uq t uU E jI (X X ) jI (X X ) R I • • • • • = − + − + − o d qd q uU E jI X jI X R I • • • • • = − − − o d qd qU E jI X jI X • • • • = − − qI r dI r ψ I r oE ur ϕ θ q qjI X− r d djI X− r U ur * Đồ thị véc tơ - Tải mang t/c điện cảm - Tải mang t/c điện dung ψ I r oE ur qI r dI r d djI X− r q qjI X− r U ur ϕ θ θ = ψeo - ψu ψ = ψeo- ψi ϕ = ψu - ψi Xd = Xud + Xt: điện khỏng đồng bộ dọc trục Xq = Xuq + Xt: điện khỏng đồng bộ ngang trục o dbU E jI X • • • = − b. Máy cực ẩn Vì δd = δq = δ Xd = Xq = Xđb: điện khỏng đồng bộ o d q dbU E j(I I )X • • • • = − + * Đồ thị véc tơ ψ I r oE ur ϕ θ U ur ψ I r oE ur U ur θ Tải mang t/c điện cảm Tải mang t/c điện dung dbjIX− r dbjIX− r ϕ- Nhận xét + θ >0 : E0 vượt trước U + gúc Eo và U 2. Chế độ động cơ o dbU E jI X • • • = + * Đồ thị véc tơ ψ θ I r U ur ϕ oE ur dbjI X− r - Nhận xét về góc θ: Máy cực ẩn U vượt trước E0 9.6 Đặc tính góc 1. Đặc tính góc công suất tác dụng: P = f(θ) qI r dI r ψ I r oE ur ϕ θ q qjI X− r d djI X− r U ur P = mUIcosϕ ϕ = ψ - θ P = mU[ Icosψcosθ+ Isinψsinθ] Iq Id q q UsinI X θ = a. Máy cực lồi o d d E UcosI X − θ = o q d E UcosUsinP mU[ cos sin ] X X − θθ = θ + θ o d mUEP sin X = θ 2mU 2 + q d 1 1( )sin 2 X X − θ -0 .0 1 -0 .0 0 8 -0 .0 0 6 -0 .0 0 4 -0 .0 0 2 0 0 .0 0 2 0 .0 0 4 0 .0 0 6 0 .0 0 8 0 .0 1 -1 .5 -1 -0 .5 0 0 .5 1 1 .5 θ P P = Pe+ Pu o e d mUEP sin X = θ 2 u q d mU 1 1P [ ]sin 2 2 X X = − θ Pe Pu P MF ĐC Pcơ θlv θlv = 20o ữ 30o b. Máy cực ẩn Vì δd = δq = δ Xd = Xq = Xđb P = Pe o db mUE sin X = θ 2. Đặc tính góc công suất phản kháng: Q = f(θ) Nếu bỏ qua ∆P1 => P = Pđt 2 o dt d q d mUE mU 1 1M sin [ ]sin 2 X 2 X X = θ + − θ ω ω Q = mUIsinϕ ϕ = ψ - θ Q = mU[ Isinψcosθ- Icosψsinθ] * Với máy cực ẩn 2 o db db mUE mUQ cos X X = θ− o db mUQ (E cos U) X = θ− > 0 < 0 = 0 ∈ kích từ 9.7 Đặc tính làm việc 1. Đặc tính ngoài U = f(I) I U Iđm Uđm R R-L I Ikt Iđm Iktđm R- C R R- C 2. Đặc tính điều chỉnh Ikt = f(I) R-L 9.8 Động cơ đồng bộ 2. Mở máy φΣ n1 FđtFđt f = 50Hz, T = 0,02 s Sau 0,01 s
Từ trường quay được 1800
Fđt đổi chiều ngược lại Fđt Fđt
Động cơ không mở máy được N S u~3pha TT quay tốc độ n1 U1chiều Dũng, lực điện từ 1. Nguyên lý làm việc - Phương pháp không đồng bộ dq mở máy dạng lồng sóc - Phương pháp đồng bộ + Động cơ phụ trợ + Biến tần 1 1 2 2 RT * Phương phỏp mở mỏy RT = (10 ữ 15)rkt dây quấn kích từ Mục đích : Bảo vệ dây quấn kích từ 3. Điều chỉnh hệ số cosφ ĐK : P = const do Pcơ = const o dbU E jI X • • • = + P = mUIcosϕ = const I r n chạy trên n o db mUEP sin X = θ = const const oE ur chạy trên m m θ I r U ur ϕ oE ur dbjI X r A B C D = const = const n m θ I r U ur ϕ oE ur dbjIX r O d 1. Thiếu kích từ: chậm sau ϕ > 0, Q = Ptgϕ >0 Động cơ nhận Q từ lưới điện
tính chất điện cảm I r U ur 2. Q = 0:
tính chất điện trở 2I r U ur trùng pha ϕ = 0 Q = Ptgϕ = 0 Động cơ khụng nhận Q từ lưới điện 2 dbjI X r o3E ur o2E ur ktI r 2I r 3.Quá kích từ : ktI r 3 dbjI X r 3I r ϕ < 0 Q = Ptgϕ < 0
tính chất điện dung: phát Q về lưới điện Thiếu kích từ Quá kích từ 2I r U ur sớm pha o2E ur
o3E ur
4. Máy bù đồng bộ * Ưu nhược điểm của động cơ đồng bộ • Cụng suất lớn • Tốc độ khụng đổi, khụng phụ thuộc tải • Điều chỉnh cosφ, phỏt cụng suất phản khỏng • Cấu tạo phức tạp • Giỏ thành cao • Cụng suất tỏc dụng P = 0 • Phỏt cụng suất phản khỏng Q vào lưới: Tụ bự ba pha