Bài giảng Máy điện I - Chương 4: Máy điện đồng bộ

MÁY ĐIỆN I 1 Nội dung Chương 1. Máy biến áp Chương 3. Máy điện không đồng bộ Chương 4. Máy điện đồng bộ Chương 5. Máy điện một chiều Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay Nội dung Chương 4. Máy điện đồng bộ 2 II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song I. Khái niệm chung về MĐĐB VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ Nội dung Chương 4. Máy điện đồng bộ 3 II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song I. Khái niệm chung về MĐĐB VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ Lõi thép stato gồm các lá thép KTĐ dày 0,5 mm Động cơ sơ cấp _ + chổi than dây quấn kích từ (rôto) rôto dây quấn stato trục vành trượt Nguồn kích từ nối trục khe hở không khí I. Khái niệm chung về MĐĐB 1.1. Cấu tạo Rôto cực ẩn N S  Lõi thép Dây quấn kích từ + It _- Dây quấn kích từ N Cực từ  S Lõi thép Rôto cực lồi S N 1.2. Phân loại  Theo kết cấu: I. Khái niệm chung về MĐĐB 1.2. Phân loại (tiếp)  Chức năng: o Máy phát phát điện đồng bộ:  Tua bin hơi: tốc độ cao, cực ẩn, trục máy đặt nằm ngang  Tua bin nước: tốc độ thấp, cực lồi, trục máy đặt thẳng đứng  Máy phát công suất nhỏ: ĐC Diezen kéo rotor, cấu tạo cực lồi o Động cơ điện đồng bộ:  Thường cực lồi, kéo tải ít thay đổi tốc độ, P ≥ 200 kW o Máy bù đồng bộ:  Cải thiện hệ số công suất cos I. Khái niệm chung về MĐĐB 1.3. Kết cấu Máy đồng bộ cực ẩn: o Rotor làm bằng thép hợp kim chất lượng cao. o Rotor được rèn, phay rãnh đặt dây quấn kích từ. o 2p = 2, n = 3000 (v/ph). o D = 1,1 ÷ 1,15 m (nhỏ) => hạn chế lực ly tâm. o L ≤ 6,5 m (dài) => tăng công suất của máy. o Dây quấn: Cu, tiết diện chữ nhật, bọc cách điện, quấn đồng tâm. o Rãnh nêm kín bằng gỗ hoặc thép không từ tính. o Máy kích từ nối trục, hoặc đồng trục. I. Khái niệm chung về MĐĐB Máy đồng bộ cực lồi:  Tốc độ quay thấp, đường kính lớn D  15m, l ngắn: l/D = 0,15÷0,2.  Máy nhỏ và TB: rotor được chế tạo từ thép đúc, gia công lại.  Máy lớn: rotor được ghép từ lá thép KTĐ dày 1 ÷ 6 mm, cực từ được ghép từ những lá thép dày 1 ÷ 1.5 mm.  Bề mặt cực từ đặt dây quấn cản (MF) hay dây quấn mở máy (ĐC). 1.3. Kết cấu (tiếp) I. Khái niệm chung về MĐĐB Rôto quay với tốc độ n. Rôto đóng vai trò nam châm điện (do có dòng kích từ) tạo ra từ trường quay, cảm ứng trong dây quấn stato các sức điện động hình sin. Nếu MFĐĐB mang tải (mạch kín) sẽ có dòng điện 3 pha: iA, iB, iC. Các dòng iA, iB, iC tạo ra từ trường quay với tốc độ n1 = n iB iC iA n n1 Tải S N + - B A C 1.4. Nguyên lý làm việc của MĐĐB a. Máy phát điện I. Khái niệm chung về MĐĐB Đặt điện áp 3 pha vào dây quấn stato. Trong dây quấn stato sẽ có dòng điện 3 pha iA, iB, iC tạo ra từ trường quay với tốc độ n1 = 60f/p. Từ trường trong dây quấn stato kéo rôto quay với tốc độ n = n1. iB iC iA n n1 S N + - B A C Nguồn 3 pha 1.4. Nguyên lý làm việc của MĐĐB (tiếp) b. Động cơ điện I. Khái niệm chung về MĐĐB  Kiểu máy  Số pha  Tần số  Công suất định mức (kW, kVA)  Điện áp dây  Hệ số công suất  Tốc độ quay  Cấp cách điện dây quấn stato, rôto. 1.5. Các đại lượng định mức I. Khái niệm chung về MĐĐB Nội dung Chương 4. Máy điện đồng bộ 12 II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song I. Khái niệm chung về MĐĐB VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ II. Từ trường trong MĐĐB 2.1. Khái niệm chung  Bao gồm: o Từ trường cực từ Ft (it – dòng kích từ). o Từ trường phần ứng Fư (iư – dòng phần ứng) o Chế độ không tải:  Ft – quét qua dây quấn stator => Eo. o Chế độ có tải:  Tồn tại cả Ft & Fư.  Tác dụng của Ft lên Fư – phản ứng phần ứng.  Mạch từ không bão hòa: sử dụng nguyên lý xếp chồng. pIw F tt t .2 .  It (dòng kích từ) của cực từ sinh ra stđ wt: số vòng dây cuộn kích từ p: số đôi cực từ Ft tạo ra: Từ trường chính t (đi qua khe hở không khí để truyền tải năng lượng). Từ trường tản t chỉ móc vòng trong các dây quấn kích từ t t  N N S S II. Từ trường trong MĐĐB 2.2. Từ trường của dây quấn kích thích II. Từ trường trong MĐĐB 2.2. Từ trường của dây quấn kích thích (tiếp)  Phụ thuộc vào đường cong mặt cực từ, không sin S N + - rôto stato B A C τ B1 x   B3 Bt rôtor stator o N S B5  Biên độ sóng cơ bản (B1) được biểu thị theo trị số từ cảm cực đại (Bt): B1 = ktBt, với kt – hệ số dạng sóng (máy cực lồi: kt = 0.95 ÷ 1.15; máy cực ẩn: kt = 0.965 ÷ 1.065 II. Từ trường trong MĐĐB 2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng  Ở chế độ có tải: dòng điện stator sinh ra từ trường phần ứng.  Tác dụng của từ trường cực từ lên từ trường phần ứng – phản ứng phần ứng  Phản ứng phần ứng  tính chất của tải (dung, cảm, hay trở).  MĐ cực ẩn: khe hở đều.  MĐ cực lồi: khe hở dọc trục, ngang trục => có phản ứng dọc trục, ngang trục. II. Từ trường trong MĐĐB 2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp) a. Phản ứng phần ứng ngang trục  Tải thuần trở: o Tải đối xứng, thuần trở.  I & E trùng pha (Ψ = 0)  iA = Im => Fư  IA  EA.  FA vượt pha EA 90 O  Fư  Ft  Phản ứng ngang trục. II. Từ trường trong MĐĐB 2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp) b. Phản ứng phần ứng dọc trục  Tải thuần cảm: o Tải đối xứng, thuần cảm  EA vượt pha IA 90 O  FA vượt pha EA 90 O  Fư cùng phương ngược chiều Ft  Phản ứng dọc trục, khử từ. II. Từ trường trong MĐĐB 2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp) b. Phản ứng phần ứng dọc trục  Tải thuần dung: o Tải đối xứng, thuần dung  EA chậm pha IA 90 O  FA vượt pha EA 90 O  Fư cùng phương cùng chiều Ft  Phản ứng dọc trục, trợ từ. II. Từ trường trong MĐĐB 2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp) b. Phản ứng phần ứng dọc trục  Tải hỗn hợp: o EA & IA lệch pha Ψ. o Phân tích Fư thành 2 thành phần:  Dọc trục: Fưd = FưsinΨ  Ngang trục: Fưq = FưcosΨ o 0 < Ψ < /2 – ngang trục, khử từ. o - /2 < Ψ < 0 – ngang trục, trợ từ Nội dung Chương 4. Máy điện đồng bộ 21 II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song I. Khái niệm chung về MĐĐB VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.1. Khái niệm chung o Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị véc tơ MĐĐB o Giản đồ cân bằng năng lượng MĐĐB o Công suất điện từ của MĐĐB  Quan hệ điện từ bao gồm:  Điện kháng phần ứng: Cần phải xác định vì trong sơ đồ thay thế MĐĐB có sử dụng đại lượng này. It → Ft → t → cảm ứng E trong dây quấn phần ứng. Nếu mạch phần ứng khép kín (có tải) sẽ có Iư → Fư → ư → cảm ứng Eư . Xư là điện kháng phần ứng, đặc trưng cho khả năng tích luỹ năng lượng từ trường của phần ứng, Xư = Eư/Iư IB Ft IC IA Fư EA  Fưq Fưd Id Iq  Với tải bất kỳ: Iư (I) → Id (Iưd) → Fưd → ưd → Eưd = Xưd.Id Iq (Iưq) → Fưq → ưq → Eưq = Xưq.Iq Xưd - điện kháng phần ứng dọc trục Xưq - điện kháng phần ứng ngang trục III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.1. Khái niệm chung (tiếp) III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.2. Phương trình cân bằng điện áp (CBĐA) và đồ thị véctơ MĐĐB  Tải đối xứng ta xét riêng từng pha và phương trình cân bằng ĐA o Máy phát: o Động cơ, máy bù đồng bộ: Trong đó: U – điện áp đầu cực máy  rư – điện trở, điện kháng tản dây quấn phần ứng E - sđđ cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe hở o Mạch từ không bão hòa => ứng dụng nguyên lý xếp chồng E = E0 + Eư o Mạch từ bão hòa => F = F0 + Fư => sđđ E   . . . u uU E I r jx      . . . u uU E I r jx    25 a. Máy phát điện  Mạch từ không bão hòa.  Tải đối xứng, tính cảm (0 < Ψ < 900) Máy cực ẩn: . uj I x  Điện kháng đồng bộ = 0.7 ÷ 1.6 III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.2. Phương trình CBĐQ và đồ thị véc tơ MĐĐB (tiếp) 26  Đồ thị véctor của MĐĐB cực ẩn Tải tính cảm III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB Từ phương trình cân bằng điện áp, ta xây dựng cách vẽ đồ thị véctơ như sau: •Vẽ U, , I, sau đó vẽ Rư.I  I, j.Xư.I  I và jXư.I  I •Xác định E = U + Rư.I + j.Xư.I + jXư.I •Xác định j.Xđb.I = j.Xư.I + jXư.I •Vẽ Ft  E, Fư  I, F = Ft + Fư a. Máy phát điện (tiếp) 27  Đồ thị véctơ của MĐĐB cực ẩn Tải tính dung III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB a. Máy phát điện (tiếp) 28 Fư = Fưd + Fưq . ud d udE j I x  . quq uqE j I x  • Do từ thông tản của từ trường phần ứng sinh ra. • Không phụ thuộc vào từ dẫn của  hướng dọc & ngang trục. III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB Máy cực lồi Phương trình cân bằng điện áp a. Máy phát điện (tiếp) Tải tính cảm III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB Từ phương trình cân bằng điện áp, ta xây dựng cách vẽ đồ thị véctơ như sau: • Vẽ U, , I. • Vẽ Iq ,  (xi) = ^(Iq, I); Id  Iq • Vẽ RưI  I; jXưI  I; Xác định E = U + Rư.I + j.Xư.I; • Vẽ jXưq Iq  Iq; jXưdId  Id; Xác định E = U + Rư.I + j.Xư. I + j.Xưd.Id + j.Xưq.Iq  Đồ thị véctor của MĐĐB cực lồi a. Máy phát điện (tiếp) Tải tính dung III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB  Đồ thị véctor của MĐĐB cực lồi (tiếp) 31 • Tuy nhiên vẫn có thể phân tích thành các thành phần dọc & ngang trục.     . . . . . 0 . . . . . 0 d ud u q uq u u qd d q u U E j I x x j I x x I r U E j I x j I x I r            . . . . . . os + sinu u u q du u u j I x j I x c I x j I x j I x j I x                      Điện kháng đồng bộ dọc trục: 0,7 ÷ 1,2 Điện kháng đồng bộ ngang trục: 0,46 ÷ 0,76 Đồ thị sđđ đã biến đổi III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB • Phương trình cân bằng điện áp  Đồ thị véctor của MĐĐB cực lồi (tiếp) 32 • Tiêu thụ công suất điện, phát công suất cơ • Thường cấu tạo cực lồi • Phương trình cân bằng điện áp:     . . . 0 . . . . . 0 . . . . . 0 u u u ud uq u u d d q q u U E E I r jx U E E E I r jx U E jI x jI x I r                III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB b. Động cơ điện 3.2. Phương trình CBĐA và đồ thị véc tơ MĐĐB (tiếp) 33 III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.3. Cân bằng năng lượng trong MĐĐB MFĐĐB ĐC sơ cấp P1 pcơ pt pf pCu pFe P2 MF kích từ pcơ pt pf pCu pFe P1 Pđt P2 Stato Rôto MFĐĐB có MF kích từ nằm cùng trục với rôto: pcơ: tổn hao cơ do ma sát và quạt gió; pf : tổn hao phụ do sóng bậc cao; pCu: tổn hao đồng dây quấn stato; pFe: tổn hao sắt từ bên stato; pt : tổn hao kích từ (điện). pt pf pcơ pFe P1 Pđt P2 pCu  ĐCĐĐB có MF kích từ nằm cùng trục với rôto: III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.3. Cân bằng năng lượng trong MĐĐB (tiếp) 35 a. Đặc tính góc công suất tác dụng • Khái niệm: là quan hệ P = f() khi Eo = C, U = C, (Eo, U) • Bỏ qua rư (rư << xđb, xd, xq) • Công suất ở đầu cực của máy: • Máy cực lồi (dựa theo đồ thị): osP mUIc  q cos Usin ; ; x o d q d E U I I x           III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.4. Đặc tính góc của MĐĐB 36 a. Đặc tính góc công suất tác dụng III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.4. Đặc tính góc của MĐĐB Iq Id j.XqIq j.XdId E I U θ φ  P = f(θ) khi E = const (It = const), U = const θ - teta, góc (E,U); φ - phi, góc (U,I);  - xi, góc (E,I). Vẽ đồ thị véc tơ E = U + Rư.I + j.Xd.Id + jXq.Iq khi bỏ qua Rư (Rư<<Xd, Xq), tải mang tính chất cảm φ > 0 (U vượt I) E = XdId + Ucosθ  Id = (E - Ucosθ)/Xd Usinθ = XqIq  Iq = Usinθ/Xq a. Đặc tính góc công suất tác dụng (tiếp) III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.4. Đặc tính góc của MĐĐB       2 2 2 cos = cos - cos .cos sin .sin = cos + sin sin .cos sin sin .cos 1 1 sin sin2 2 q d o q d d o e u d q d P mUI mUI mU I I mU I I mE UmU mU x x x mE U mU P P x x x                                  • Nhận xét: công suất tác dụng của máy cực lồi gồm hai thành phần: – Pe  sin, và Eo (it). – Pu  sin2, và Eo (it). • P  0 => động cơ điện phản kháng 38 •Máy cực ẩn: xd = xq sino d mE U P x  III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB a. Đặc tính góc công suất tác dụng (tiếp) 39 • Nhận xét: – Khi  dương hay âm thì Q là không đổi. – Khi -’ phát công suất phản kháng. – Ngoài phạm vi trên => tiêu thụ công suất phản kháng của lưới điện.       sin sin sin cos cos sin cos sind q Q mUI mUI mU I I mU I I                 2 21 1 1 1 cos cos2 2 2 o d q d q d mE U mU mU Q x x x x x                      III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.4. Đặc tính góc của MĐĐB (tiếp) b. Đặc tính góc công suất phản kháng • Công suất phản kháng của máy điện đồng bộ: 40 III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB b. Đặc tính góc công suất phản kháng (tiếp) 3 2 1 0 4 900 900  θ θ Q ĐCĐ MFĐ Đoạn 1: Q < 0, ĐCĐB tiêu thụ Q từ lưới điện Đoạn 2: Q > 0, ĐCĐB phát Q vào lưới (máy bù đồng bộ) Đoạn 3: Q > 0, MFĐB phát Q vào lưới Đoạn 4: Q < 0, MFĐB tiêu thụ Q từ lưới Nội dung Chương 4. Máy điện đồng bộ II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song I. Khái niệm chung về MĐĐB VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng 4.1. Đại cương  Các đại lượng đặc trưng cho chế độ làm việc của MFĐB ở tải đối xứng: • Điện áp đầu cực dây quấn phần ứng • Dòng điện tải dây quấn phần ứng • Dòng kích thích it • Hệ số công suất (cos) • Tần số , tốc độ quay của rotor (n)  Các đặc tính của MFĐB: • Đặc tính không tải • Đặc tính ngắn mạch • Đặc tính ngoài • Đặc tính điều chỉnh • Đặc tính tải IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng  Sơ đồ nối dây thí nghiệm xác định các đặc tính của MF ĐB 4.1. Đại cương IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng Các đường đặc tính có thể xác định bằng cách đo trực tiếp hoặc dựa vào đồ thị vectơ a. Đặc tính không tải  Khái niệm: là quan hệ Eo = Uo = f(it) khi I = 0 & f = fđm  Hệ đơn vị tương đối: E* = Eo/Uđm và it* = it/itđmo • itđmo – dòng không tải khi U = Uđm  Ít sự khác biệt giữa máy cực lồi & cực ẩn  Mạch từ máy tua bin hơi bão hòa hơn mạch từ máy tua bin nước  Khi Eo = Uđm, E* = 1 • Tua bin hơi: k = kd = 1,2 • Tua bin nước: kd = 1,06 • kd – hệ số bão hòa mạch từ. 4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) b. Đặc tính ngắn mạch •Khái niệm: là quan hệ In = f(it) khi U = 0 & f = fđm •Dây quấn phần ứng nối ngắn mạch ở đầu cực •Bỏ qua rư => mạch phần ứng thuần cảm (Ψ = 90 o) •Iq = I.cos = 0 & Id = I.sin = i •NX: Phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ không bão hòa. Quan hệ I = f(it) là tuyến tính.   . . . 0 d d d u udE j I x j I x x   4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng • Tỷ số ngắn mạch K:  Ino – dòng ngắn mạch ứng với dòng kích thích sinh ra sđđ Eo = Uđm khi không tải c. Đặc tính ngoài U = f(I) khi It, f, cos = const Độ biến thiên điện áp U%: dm U UE dm  E ứng với lúc Itđm không tải U% của MFĐ = 2535% do Xd lớn, sụt áp nhiều (U% của MBA  5%). Để U% nhỏ cần sử dụng bộ AVR (automatic voltage regulator) U% = 100% C R L I Uđm Iđm U Khi tải , I  RưI , XđbI Mặt khác do p/ư p/ư, khi I  U hoặc  do tính chất của tải: + Tải thuần R  p/ư p/ư ngang trục, E = const  U + Tải thuần L  p/ư p/ư dọc trục khử từ, E  U + Tải thuần C  p/ư p/ư dọc trục trợ từ, E  U 4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng 4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng c. Đặc tính điều chỉnh •KN: It = f(I) khi U = Uđm & cos = C, f = fđm. •Cho biết hướng điều chỉnh It để U = C •Nhận xét: • Tải L: I , tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng tăng => U . Để U = C => It . • Tải C: giữ U = const => It • Thông thường cos = 0,8 => khi I tăng từ 0  Iđm thì It0 tăng 1,7  2,2 Đặc tính điều chỉnh d. Đặc tính tải 4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) • KN: U = f(It) khi I = C & cos = C, f = fđm. • Có nhiều đường đặc tính tải. • Xét đặc tính tải thuần cảm: cos = 0 ( = 90o) I = Iđm Bỏ qua rư. • Dựa vào đặc tính không tải & tam giác điện kháng. IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng Cách vẽ U = f(It) từ đặc tính không tải và đặc tính ngắn mạch: ABC:  điện kháng. Dịch chuyển ABC sao cho điểm A chạy trên đường 1, cạnh BC  trục It; điểm C sẽ vẽ nên đặc tính tải e. Xác định điện kháng đồng bộ dọc trục & ngang trụ 4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng • Được xác định từ các đặc tính không tải Eo = f(it) – (1) • & đặc tính ngắn mạch In = f(it) – (2). • xd = f(it) – đường (3) • xd – điện kháng đồng bộ dọc trục bão hòa • xd - điện kháng đồng bộ dọc trục không bão hòa • Hệ số bão hòa mạch từ: kd = E/Eo • Máy cực lồi: xq  0,6xd; máy cực ẩn: xq = xd = xđb 0 d n E AC x I AB   d n E AD x I AB     d d d x x k  Xác định đkđb dọc trục 4.3. Tổn hao và hiệu suất của MFĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng  Tổn hao đồng:  Tổn hao kích từ:  Tổn hao phụ: o Do từ trường tản & sự đập mạch của hài bậc cao o Do dòng điện xoáy do từ trường tản của dòng điện phần ứng. • Tổn hao ở bề mặc cực từ: • Tổn hao ở răng của stator: • Tổn hao cơ: • Hiệu suất: • Hiệu suất của MP ĐB: 92% – 98%. 2 2 P P p    Nội dung Chương 4. Máy điện đồng bộ II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song I. Khái niệm chung về MĐĐB VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ 5.1. Điều kiện kỹ thuật hoà đồng bộ V. MĐĐB làm việc song song  Ghép MF ĐB làm việc song song => hòa đồng bộ.  Có hai phương pháp hòa đồng bộ o Hòa đồng bộ chính xác. o Hòa đồng bộ không chính xác - tự đồng bộ Yêu cầu uF = uL (giá trị tức thời) UF , UL trùng nhau về Cách thức không có dòng điện xung trong hệ thống biên độ UF = UL Điều chỉnh It tần số fF = fL Điều chỉnh nrôto thứ tự pha Thứ tự pha giống nhau Thứ tự pha được kiểm tra lần đầu sau khi lắp máy hoặc hoà đồng bộ góc lệch pha UF và UL trùng pha Kiểm tra bằng ánh sáng đèn hoặc cột đồng bộ 5.2. Các phương pháp hoà đồng bộ chính xác V. MĐĐB làm việc song song  Dùng cho MF công suất nhỏ.  Có hai kiểu: • Kiểu nối tối.  F1 – làm việc. F2 – máy cần hòa đồng bộ.  Điều chỉnh đồng thời UF & fF của máy phát F2.  Kiểm tra điều kiện: UF = UL bằng Voltmet.  Tần số và thứ tự pha được kiểm tra bằng bộ đồng bộ với 3 đèn 1, 2, 3. • Kiểu ánh sáng đèn quay: a. Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu ánh sáng đèn 2 UAL UBL UCL UAF UBF UCF 1 3 MF Đang làm việc Cần hoà đồng bộ MF A B C 1 2 3 Dùng đèn tối sáng V. MĐĐB làm việc song song 2 V. MĐĐB làm việc song song 1. Điều chỉnh UF = UL Cách thức 2. Phải điều chỉnh cho thời gian đèn sáng - tắt chậm 3-5 giây 3. Thứ tự pha (đã biết) 4. Lúc đèn tắt hẳn, đóng cầu dao hoà đồng bộ UAF UAL UBF UBL UCF UCL 2 3 1 MF MF A B C 1 2 3 A B C V. MĐĐB làm việc song song Dùng ánh sáng đèn quay 1. Điều chỉnh UF = UL 2. Các đèn lần lượt tắt, sáng và có ánh sáng đèn quay; điều chỉnh sao cho ánh sáng quay thật chậm 3. Đợi đèn 1 tắt, đèn 2, 3 sáng đều nhau thì đóng cầu dao hoà đồng bộ 1 2 3 1 2 3 2 1 3 V. MĐĐB làm việc song song Cách thức 5.2. Các phương pháp hoà đồng bộ chính xác (tiếp) b. Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu điện từ o Dùng cột đồng bộ - bộ đồng bộ kiểu điện từ V. MĐĐB làm việc song song F V S Chỉ fF ,fL Chỉ UF,UL Chỉ góc lệch pha o Dùng cho các MF công suất lớn o Cột đồng bộ gồm ba dụng cụ đo:  Voltmet có 2 kim: 1 kim chỉ UF, 1 chỉ UL  Tần số kế có 2 dãy phiến rung để chỉ tần số của lưới fL và của máy phát fF  Một dụng cụ đo có kim quay với tần số: fF – fL. o Thao tác phải tập trung, tránh nhầm lẫn gây ra các sự cố nghiêm trọng trong hệ thống Cột đồng bộ * Cột đồng bộ b) Hoà không chính xác (tự đồng bộ ) 23 5.3. Phương pháp hoà đồng bộ không chính xác V. MĐĐB làm việc song song Cách thực hiện: • Quay máy phát không được kích thích (UF = 0), • Dây quấn kích từ được nối tắt qua điện trở triệt từ đến tốc độ sai khác với tốc độ đồng bộ khoảng 2%. • Đóng cầu dao ghép máy phát vào lưới điện và kích thích cho máy phát điện.  Do tương tác giữa t và ư sẽ sinh ra mômen đồng bộ Mđb và kéo MF vào làm việc đồng bộvào tốc độ đồng bộ (fF = fL) –Chú ý: sử dụng trong trường hợp Ixg < 3.5Iđm. V. MĐĐB làm việc song song 5.4. Điều chỉnh công suất P và công suất Q của MFĐĐB  Có hai trường hợp điển hình: o MF ĐB làm việc trong HTĐ có công suất vô cùng lớn với U, f = C o Chỉ có hai hoặc một vài MF có công suất tương tự làm việc song song. a. Điều chỉnh công suất tác dụng 2 1 1 sin sin2 2 o e u d q d mE U mU P P P x x x              V. MĐĐB làm việc song song 5.4. Điều chỉnh công suất P và công suất Q của MFĐĐB a. Điều chỉnh công suất tác dụng (tiếp) • P cân bằng với Pcơ trên trục • Muốn thay đổi P => thay đổi  bằng cách thay đổi Pcơ • P đạt max khi dP/d = 0 V. MĐĐB làm việc song song 5.4. Điều chỉnh P và Q của MFĐĐB (tiếp) a. Điều chỉnh công suất tác dụng P • Máy cực ẩn: 90 &o om m db mUE P x    2 2 m 8 cos 4 A B A B     2 1 1;o d q d mE U A B mU x x x          2 1 1 sin sin2 2 o m m d q d mE U mU P x x x            • Chú ý: máy chỉ làm việc ổn định tĩnh khi 0 0 • Thực tế:  < 30o • Hệ số quá tải: km = Pm/Pđm – thể hiện năng lực quá tải của máy • Điều chỉnh công suất tác dụng thì  thay đổi => Q thay đổi • Máy cực lồi: d dP Muốn điều chỉnh P(điện) thì phải điều chỉnh Pcơ (θ) Công suất chỉnh bộ = cos X mUE d đặc trưng cho khả năng giữ cho MF làm việc đồng bộ. Tại θ = 0, P = 0, Pcb = max  khả năng giữ đồng bộ là lớn nhất. θ = max, Pcb = 0  dễ mất đồng bộ nhất. Thực tế MFĐ làm việc với Pđm= m max k P (km - hệ số quá tải) = f(θ) V. MĐĐB làm việc song song Kết luận: Pcb = sin d X mUE E.Sinθ = const E θ j I a b b' I.cosj = const a' U j.XđbI Tải điện cảm MF làm việc với lưới công suất vô cùng lớn: U = const, f = const. Để điều chỉnh Q = mUIsinφ cần điều chỉnh Isinφ Điều chỉnh Q nhưng giữ P = const = mUIcosφ  Icosφ = const. Xét MFĐĐB cực ẩn với tải điện cảm P = E = E - Eư = U + (Rư + jXư)I + jXư I = U + j(Xư + Xư)I + RưI = U + jXđbI + RưI. Rư << Xđb  coi Rư = 0.  E = U + jXđbI  I nằm trên aa’  U E nằm trên bb’ U = const  Esinθ= const V. MĐĐB làm việc song song 5.4. Điều chỉnh P và Q của MFĐĐB (tiếp) a. Điều chỉnh công suất phản kháng Q Điều chỉnh It  E = var; U = const, I = var  cos = var  Isin = var  Q = mUIsin = var Kết luận: muốn điều chỉnh Q cần phải điều chỉnh It Điều chỉnh Q khi: - Tải thay đổi. - Chế độ vận hành tải thay đổi. Tải cảm Tải dung E > U E < U p/ư p/ư khử từ p/ư p/ư trợ từ It > Itđm It < Itđm MF làm việc ở chế độ quá kích từ MF làm việc ở chế độ thiếu kích từ MF phát P, phát Q. MF phát P, nhận Q V. MĐĐB làm việc song song a. Điều chỉnh công suất phản kháng Q (tiếp) Đặc tính V (xem sách GK) Nội dung Chương 4. Máy điện đồng bộ II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song I. Khái niệm chung về MĐĐB VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ So sánh động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ. Động cơ KĐB Động cơ ĐB Cấu tạo Đơn giản, giá thành hạ Phức tạp, giá thành đắt, cần nguồn một chiều cos Thấp (<1) Lấy Q từ nguồn Cao (có thể =1) Không cần Q từ nguồn Mômen ~ U2 (khả năng kéo tải kém hơn) ~ U  Thấp Cao Mở máy Đơn giản Phức tạp Điều chỉnh tốc độ f, p, U f VI. Động cơ ĐĐB và máy bù đồng bộ 5.1 Ứng dụng của động cơ điện đồng bộ 68 a. Mở máy theo phương pháp không đồng bộ b. Mở máy theo phương pháp hòa đồng bộ VI. Động cơ ĐĐB và máy bù đồng bộ 5.2 Các phương pháp mở máy ĐCĐĐB – Áp dụng cho hầu hết các ĐC ĐB. – Máy cực lồi: có dây quấn mở máy => nếu lưới điện lớn có thể mở máy trực tiếp. – Máy cực ẩn: dòng cảm ứng ở mặt ngoài rotor gây nóng cục bộ => phải hạ điện áp khi mở máy bằng MBA tự ngẫu. – Quá trình mở máy: hai giai đoạn o (1): it = 0, dây quấn kích từ được nối tắt qua Rt – điện trở diệt từ (10  12 x rt ). Cấp điện cho stator, MKĐB kéo rotor quay và tăng tốc đến n1. o (2): n  n1, cấp điện cho dây quấn kích từ. Lúc này, ngoài MKĐB  s và Mgia tốc  ds/dt, còn có MĐB  . Khi 0 <  < 180 o thì MĐB & MKĐB kéo rotor vào tốc độ đồng bộ sau vài quá trình dao đông. 69 o KN: là ĐC ĐB làm việc với it điều chỉnh để phát hoặc tiêu thụ Q của lưới nhằm duy trì UL= C. o Chế độ làm việc bình thường là chế độ quá kích thích, phát công suất phản kháng lên lưới  tiêu thụ công suất điện dung của lưới o Tiêu thụ rất ít công suất tác dụng (bù lại sự phát nóng) o Cấu tạo cực lồi, có đặt dây quấn mở máy o Mở máy bằng phương pháp hạ điện áp, hoặc dùng ĐC KĐB o Mcản nhỏ => xd lớn => khe hở nhỏ, kích thước máy nhỏ o Công suất định mức (chế độ quá kích thích): o Ở chế độ thiếu kích thích tối đa: o Bỏ qua tổn hao: o Đối với máy bù đồng bộ xd* = 1,5  2,2; S’/Sđm = 0.45  0.67 dm dm dmS mU I ' 'dmS mU I . . . 2. ' ' dmo dm dm d d d E U UU I j S m jx x x      * ' 1dm dm dm d d US S I x x   VI. Động cơ ĐĐB và máy bù đồng bộ 5.3 Máy bù đồng bộ