Chương 8 Máy điện đồng bộ

1TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN CHƯƠNG 8 MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN
Đại cương - Loại máy điện quay xoay chiều - Tốc độ quay rôto n bằng tốc độ của từ trường quay n1 - Máy điện đồng bộ có thể làm việc ở 2 dạng * Máy phát điện (Biến đổi cơ năng thành điện năng) * Động cơ điện (Biến đổi điện năng thành cơ năng) 2TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN  Cấu tạo MĐĐB gồm có 2 phần chính là: stato và rôto 2.1 Stato 2.2 Rôto Có hai loại rôto - Rôto cực ẩn: Dùng ởmáy có tốc độ cao, thường có một đôi cực. Dây quấn kích từ được đặt trong các rãnh. Giống máy điện không đồng bộ TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN - Rôto cực lồi: Dùng ở máy có tốc độ thấp. Dây quấn kích từ được quấn xung quanh thân cực từ. + + + + + + • • • • • • B N + Rôto cực ẩn • • • • + + + + B B NN Rôto cực lồi 3TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN P o le D C exc itation w ind in g F an S lip r in g s Rôto cực lồi TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Rôto cực ẩn 4TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN  Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ + - TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN  Phản ứng phần ứng máy điện đồng bộ Dòng điện 1 chiều chạy trong dây quấn kích thích (rôto) sinh ra từ trường cực từ Khi máy có tải, dòng điện xoay chiều chạy trong dây quấn stato tạo ra từ trường phần ứng Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trờng cực từ được gọi là Phản ứng phần ứng Phản ứng phần ứng phụ thuộc vào tính chất của tải và cấu tạo của rôto 4.1 Phản ứng phần ứng đối với tải thuần trở Dòng điện các pha trong dây quấn stato trùng pha với các sức điện động pha Hệ thống dòng điện trong dây quấn stato là 3 pha. Giả sử xét tại thời điểm dòng điện pha A cực đại 5TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN . . . + + + A B C X Y Z Fư Ft B N IA IBIC EA EBEC Fư Ft Phản ứng phần ứng là ngang trục (Fư thẳng góc với Ft) 4.2 Phản ứng phần ứng đối với tải thuần cảm Dòng điện các pha trong dây quấn stato chậm pha so với các sức điện động pha một góc 90o . . . + + + A B C X Y Z Fư Ft B N IA IBIC Fư Ft EA EB EC Phản ứng phần ứng là dọc trục khử từ (Fư ngược chiều với Ft) TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 4.3 Phản ứng phần ứng đối với tải thuần dung Dòng điện các pha trong dây quấn stato nhanh pha so với các sức điện động pha một góc 90o . . . + + + A B C X Y Z Fư Ft B N IA IBIC Fư Ft EA EB EC Phản ứng phần ứng là dọc trục trợ từ (Fư cùng chiều với Ft) 4.4 Phản ứng phần ứng đối với tải hỗn hợp Fư thành 2 thành phần - Thành phần dọc trục: Fưd = Fư sin ψ - Thành phần ngang trục: Fưq = Fư cos ψ 6TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN . . . + + + A B C X Y Z Fư Ft B N IB IA IC Fư Ft EA EB EC Tải có tính điện cảm: PƯPƯ vừa ngang trục vừa dọc trục khử từ Tải có tính điện dung: PƯPƯ vừa ngang trục vừa dọc trục trợ từ TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN  Phương trình điện áp và đồ thị vectơ Đối với máy phát điện( )uu jxrIEU σδ +−= Đối với động cơ điện ( )uu jxrIEU σδ ++= Khi mạch từ chưa bão hòa, dùng nguyên lý xếp chồng ta có uEEE +=δ 5.1 Máy phát điện Giả sử máy phát điện đồng bộ làm việc với tải mang tính cảm (0< ψ <900) ( ) uuu jxrIEEU σ+−+= ( ) udb uuu rIxIjE rIxxIjEU −−= −+−= σ Máy cực ẩn 7TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN E -jIxư -jIxσư -Irư U I Fư Fδ E -jIxư -jIxσư -Irư U I Fư Fδ Tải có tính cảm Tải có tính dung TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Máy cực lồi ( ) uqqdd uuuqqudd uuuqud rIxIjxIjE rIxIjxIjxIjE jxrIEEEU −−−= −−−−= +−++= σ σ E -jIdxd -jIqxq -Irư U I Id Iq 5.2 Động cơ điện d d q q uU E jI x jI x Ir= + + + 8TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN IIq Id E jIdxd jIqxqIrư U jIdxd xd I Id Iq E jIqxq Irư U Thiếu kích thích Quá kích thích 5.3 Giản đồ năng lượng trong máy điện đồng bộ 1.Máy phát điện Công suất điện từ chuyển từ rôto sang stato Pđt = P1 - (pcơ + pf + pt) Công suất ra P2 = Pđt – ( pcu + pfe) pcơ pt pf pfe pcu P1 Pđt P2 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 1.Động cơ điện pcơ pt pfpfepcu P1 Pđt P2 9TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Đặc tính góc công suất của máy điện đồng bộ 6.1 Đặc tính góc công suất tác dụng Là quan hệ P = f (θ) khi E, U = const; trong đó θ là góc giữa vectơ E và vectơ U P = mUIcosϕ Dựa vào đồ thị vectơ của máy điện cực lồi với giả thiết rư = 0 θθ 2sin11 2 sin 2     −+= dqd xx mU x mUEP
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Đối với máy cực ẩn, do xd = xq θsin dx UE mP = 10 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 6.2 Đặc tính góc công suất phản kháng Là quan hệ Q = f (θ) khi E, U = const Q = mUIsinϕ     +−    −+= qddqd xx mU xx mU x mUEQ 11 2 2cos11 2 cos 22 θθ Khi - θ < θ < + θ máy phát công suất phản kháng vào lưới điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Đặc tính của máy điện đồng bộ Sơ đồ thí nghiệm V V V W W A A A Z A Máy phát + − It Rt 7.1 Đặc tính không tải U0 = E = f(It) khi I = 0 Dạng đặc tính lấy từ thí nghiệm 11 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 7.2 Đặc tính ngắn mạch In = f(It) khi U = 0 It I 7.3 Đặc tính ngoài U = f(I) khi It = const Độ thay đổi điện áp ∆Uđm 100% 0 dm dm dm U UE U −=∆ 7.4 Đặc tính điều chỉnh It = f(I) khi U = const TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Máy phát điện đồng bộ làm việc song song  8.1 Điều kiện để ghép một máy phát điện vào làm việc song song với lưới điện 1/ Điện áp của máy phát điện phải bằng điện áp lưới điện 2/ Tần số của máy phát điện phải bằng tần số của lưới điện 3/ Thứ tự pha của máy phát và của lưới điện phải giống nhau 4/ Điện áp của máy phát và của lưới điện phải trùng pha nhau Việc đưa máy phát điện vào làm việc song song với lưới gọi là hoà đồng bộ 12 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Có 2 phương pháp hoà đồng bộ: + Hoà đồng bộ chính xác + Hoà đồng bộ không chính xác 8.2 Các phương pháp hoà đồng bộ chính xác 8.2.1 Dùng bộ đồng bộ kiểu ánh sáng Sơ đồ kiểu nối "tối" CD1 CD2 VL VF 1 2 3 MF1 MF2 + + − − It1 It2 ULA ULC ULB UFA UFC UFB ∆U1 ∆U3 ∆U2 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Sơ đồ kiểu ánh sáng "quay" CD1 VL VF 1 2 3 MF1 MF2 + + − − It1 It2 CD2 ULA ULC ULB UFA UFC UFB ∆U1 ∆U3 ∆U2 13 8.2.2 Hoà đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu điện từ Phương pháp này dùng cho các máy phát điện công suất lớn Dùng một cột đồng bộ (Bộ đồng bộ kiểu điện từ) để kiểm tra Khi kim trùng với đường thẳng đứng và hướng lên, đóng CD hoà máy phát vào lưới điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Cột đồng bộ gồm: - 01 Volt kế 2 kim - 01 tần số kế có 2 dãy phiến rung - 01 dụng cụ đo có kim quay với tấn số fF - fL 8.3 Phương pháp tự đồng bộ Không cần thoả mãn các điều kiện trên Việc đưa máy phát vào làm việc song song được tiến hành như sau - Quay máy phát không kích thích (UF = 0) với dây quấn kích thích được nối tắt qua 1 điện trở - Khi tốc độ máy gần bằng tốc độ đồng bộ thì đóng CD ghép máy phát vào lưới không cần kiểm tra tần số, điện áp và góc pha TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 14 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Động cơ điện đồng bộ 9.1 Tính chất của động cơ đồng bộ 9.1.1 Ưu điểm - Động cơ được kích thích bằng dòng điện một chiều nên có thể làm việc với cosϕ = 1 - Khi động cơ làm việc, hệ số công suất của lưới điện được nâng cao - Giảm tổn thất điện năng trên đường dây - Động cơ ít chịu ảnh hưởng khi điện áp thay đổi - Hiệu suất động cơ cao TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 9.1.2 Nhược điểm - Cần một nguồn điện 1 chiều để kích thích động cơ - Cấu tạo động cơ phức tạp, vì vậy giá thành đắt - Mở máy phức tạp - Khó điều chỉnh tốc độ động cơ 15 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 9.2 Mở máy động cơ điện đồng bộ Quá trình mở máy động cơ chia thành 2 giai đoạn 9.2.1 Mở máy không đồng bộ - Chưa cho dòng kích thích vào dây quấn, nối tắt dây quấn kích thích qua điện trở lớn - Nối điện vào dây quấn stato, động cơ mở máy theo kiểu không đồng bộ 9.2.2 Giai đoạn đưa vào đồng bộ - Khi tốc độ gần bằng tốc độ đồng bộ, đưa dòng 1 chiều vào dây quấn kích thích - Momen đồng bộ sẽ kéo rôto vào tốc độ đồng bộ TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 9.2 Các đặc tính làm việc của động cơ đồng bộ Là mối quan hệ giữa P1, I1, η, cosϕ với P2 khi U và It không đổi