Tài liệu C5_synchronous machines___s2_y1112_v2

Bài giảng Máy điện Chương 5: TB MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I. Tổng quan Chương 5: Máy điện đồng bộ 1 Bài giảng Máy điện Chương 5: Máy điện đồng bộ TB 2 Bài giảng Máy điện TB B N A N S C Chương 5: Máy điện đồng bộ 3 Bài giảng Máy điện Chương 5: Máy điện đồng bộ TB 4 Bài giảng Máy điện TB Rotor cực từ ẩn Rotor cực từ lồi Rotor cực từ ẩn Rotor cực từ lồi Chương 5: Máy điện đồng bộ 5 Bài giảng Máy điện TB Flux f ns B- B- C+ N C+ N A+ A- A- A+ S S B+ C- C- C A B- A+ C+ C- Axe bobine b b' a ge c' ae b' qe N AB+ Axe bobine a a' S b Axe bobine c c' Chương 5: Máy điện đồng bộ Axe inducteur X S N B B+ c a' 6 Bài giảng Máy điện Magnetic axis of phase  TB Magnetic axis of phase  m=  m=  C+ B- C+ B- N N A+ A- S C- B+ Chương 5: Máy điện đồng bộ A+ A- S C- B+ 7 Bài giảng Máy điện TB A. Máy điện đồng bộ có rotor cực từ ẩn: C A B B- A+ N C+ A N S N C- S B AB+ C Chương 5: Máy điện đồng bộ 8 Bài giảng Máy điện Axe bobine b b' TB a ge Axe inducteur X c' ae b' qe N Axe bobine a a' S b c Axe bobine c c' a' a   Laa0  Lal  ia   Labi b  Lacic  cos(120o )  Laf If cos(q ) Mà 1 L ab  L ba  Lac  L ca  L bc  L cb   L aa 0 2 1 a   Laa0  Lal  ia  Laa0  i b  ic   Laf I f cos(q ) 2 1   a   L aa 0  Lal  L aa 0 i a  L af I f cos(q ) 2   3  a   Laa 0  Lal i a  Laf I f cos(q ) 2  a  Ls i a  Laf I f cos(t  q o ) a  Ls i a  af da di a do cos(120o )   1 2 3  Ls   L aa 0  L al  2  dq dien  Pco  Pco  dt af  Laf I f cos(t  qo ) daf di  Ls a  e af dt dt dt dt da di a v a  R aia   R a i a  Ls  e af dt dt ea  e af  L af I f  Ls  d cos(t  q o )  Laf I f sin(t  q o ) dt e af  Laf I f cos(t  q o   2 ) ( eaf nhanh pha /2 so với af ) Eaf ( RMS)  1 1 Laf If  kdqN ph af  2fkdqN ph af  4,44fk dqN ph af 2 2 Eaf ( RMS)  2fkdqN phaf với từ thông kích từ: af  Laf I f ,  af  k f I f dia  eaf dt    Ea  jLas I a  Eaf ea  Las       Va  R a I a  Ea  R a I a  jX s I a  Eaf Chương 5: Máy điện đồng bộ 9 Bài giảng Máy điện TB Động cơ: jXs n If Ra Ia Rf Uf af Ua Eaf     U a  Ra I a  jX s I a  Eaf Eaf  2 . f .kdq .N ph. af Máy phát: jXs n If Uf Ra Ia Rf af It Ua Eaf Zt Tải     U a  Eaf  Ra I a  jX s I a Trong đó: X s  Ls 3 2   với: Ls  Las   Laa0  Lal  3  3  X   Laa0  Lal    Laa0   Lal  X A  X al 2  2  Chương 5: Máy điện đồng bộ 10 Bài giảng Máy điện TB 3  X A    Laa0  : 2  điện kháng phản ứng phần ứng. X al  Lal : điện kháng từ tản phần ứng. jXA jXal Ra Ia Eaf It ER U Zt Tải n    ER  Eaf  jX A I a : sức điện động khe hở.  R : từ thông khe hở = từ thông kích từ + từ thông phản ứng phần ứng Chương 5: Máy điện đồng bộ 11 Bài giảng Máy điện TB II.2. Đặc tính không tải, ngắn mạch Thí nghiệm không tải: jXs n If Uf Ra Ia Rf af U Eaf Eaf Uđm f If 0 Eaf  2 . f .kdqs.N s . af Eaf Đặc tính khe hở Đặc tính không tải Eaf, Uaf 0 If If Đặc tính không tải Thí nghiệm không tải xác định được “đặc tính không tải”. Từ đó xác định “đặc tính khe hở”. Chương 5: Máy điện đồng bộ 12 Bài giảng Máy điện TB Ngoài ra, thí nghiệm không tải xác định được tổn hao không tải.Trong đó có tổn hao cơ (không đổi do tốc độ cố định) và tổn hao sắt (do tần số không đổi nên tổn hao sắt tỷ lệ với bình phương biên độ từ thông). PFe Eaf Tổn hao sắt phụ thuộc vào từ thông (hay điện áp không tải) Thí nghiệm ngắn mạch:  Máy điện chạy ở chế độ máy phát, quay ở tốc độ đồng bộ. Tăng dòng kích từ cho tới khi dòng phần ứng đạt định mức Ia,sc = Ia,đm, vẽ được đặc tính ngắn mạch. jXs n Ra If Ia Rf Uf af Ia,sc Eaf   Eaf  Ra  jX s I a Ia Eaf Eaf, Đặc tính ngắn mạch Ia, đm Ia, sc 0 If If I’’f (Ia, đm) Đặc tính ngắn mạch khi mạch từ chưa bảo hòa Chương 5: Máy điện đồng bộ 13 Bài giảng Máy điện TB Đo được dòng kích từ, và dựa theo đặt tính khe hở, xác định được Eaf, là sức điện động tương ứng với mạch từ còn tuyến tính, chưa bảo hòa. Khi mạch từ chưa bảo hòa, bỏ qua điện trở phần ứng, có thể tính điện kháng đồng bộ chưa bảo hòa: X s,  E af , I a ,sc (tính theo đặc tính khe hở) _ Điện kháng đồng bộ chưa bảo hoà: tính theo đặc tính khe hở (Eaf,). Chú ý: Có thể tính Điện kháng đồng bộ chưa bảo hoà ở điểm Ia,sc khác Ia,đm, nhưng phải tính theo đặc tính khe hở. Từ thông khe hở rất nhỏ (tỷ lệ với ER, khoảng 15% từ thông định mức) nên mạch từ trong thí nghiệm ngắn mạch này chưa bảo hòa. Thông số tính được sẽ không sát với thực tế khi máy điện làm việc ở từ thông định mức. jXA jXal Ra Ia Eaf I a,sc ER n  E R  R a  jX al  a ,sc I Chương 5: Máy điện đồng bộ 14 Bài giảng Máy điện TB  Khi máy điện đồng bộ làm việc KHÔNG TẢI quanh giá trị điện áp định mức (từ thông khe hở gần định mức, xem như “bảo hòa”): jXA jXal Ra Ia Eaf ER Uđm n    E R  E af  U a ,đm Ia Eaf Ua,đm Eaf, Đặc tính ngắn mạch Ia, đm Ia, sc (Uđm) Ia, sc 0 If If I’f I’’f (Uđm) (Ia, đm) Đặc tính không tải – ngắn mạch I 'f I a,sc( Uđm ) I a,sc( Uđm ) U a,đm SCR  K n  ''   If I a,đm I a,đm U a,đm  U a,đm   U a,đm      I a,đm  I a,đm  1 1      * Xs Xs Xs  U a,đm    Zđm  I a,sc( U )  đm   Khi máy điện đồng bộ làm việc KHÔNG TẢI, chỉnh dòng kích từ sao cho điện áp hở mạch bằng điện áp định mức Ua,đm (từ thông khe hở gần định mức = bảo hòa). Ứng với dòng kích từ I’f này, cho máy ngắn mạch và đo dòng Ia,sc tương ứng Ua,đm. Từ đó tính gần đúng giá trị điện kháng đồng bộ bảo hòa. Chương 5: Máy điện đồng bộ 15 Bài giảng Máy điện Xs  TB U a ,đm (tính theo Ua,đm trên đặc tính không tải) I a ,sc _ Điện kháng đồng bộ chưa bảo hoà: tính theo đặc tính khe hở (Eaf,). _ Điện kháng đồng bộ bảo hoà: tính theo đặc tính không tải-ngắn mạch ở Ua,đm. Chú ý: Nên tính Điện kháng đồng bộ bảo hoà ở điểm gần Ua,đm.  Đơn vị trương đối (tính theo giá trị định mức): Hệ số ngắn mạch Kn: I 'f I a ,sc ( U đm ) I a ,sc ( U đm ) U a ,đm K n  ''   If I a ,đm I a ,đm U a ,đm  U a ,đm   U a ,đm       I   I   a ,đm    a ,đm   1  1  Xs Xs X*  U a ,đm  s   Z đm  I a ,sc ( U )  đm   X*s là điện kháng đồng bộ tính theo đơn vị tương đối. Ví dụ 1: Chương 5: Máy điện đồng bộ 16 Bài giảng Máy điện TB Cho một máy điện đồng bộ ba pha 900MVA, 26kV, nối Y, 50Hz, hai cực, có các số liệu thí nghiệm: Dòng kích từ Dòng ngắn mạch Điện áp không tải Điện áp khe hở 1710A 10,4kA (29,6kV) 26kV 3290A 20,0kA 31,8kV (56,9kV) a. Tính điện kháng đồng bộ không bảo hòa Xs,? (đơn vị Ω và đvtđ) b. Tính giá trị điện kháng đồng bộ bảo hòa Xs? (đơn vị Ω và đvtđ) c. Tính tỷ số ngắn mạch Kn? Tính Xs (đvtđ) theo Kn? Ví dụ 2: (EX 5.4-p262) (trang 224) Máy điện đồng bộ ba pha, 45kVA, nối Y, 6 cực, 220V/60Hz. Thí nghiệm không tải: dòng kích từ 2,84A, đo được điện áp 220V. Đặc tính khe hở (ước tính): dòng kích từ 2,2A, điện áp khe hở 202V. Thí nghiệm ngắn mạch: Dòng kích từ 2,2A, đo dòng phần ứng là 118A. Dòng kích từ 2,84A, đo dòng phần ứng là 152A. a. Tính điện kháng đồng bộ không bảo hòa Xs,? (đơn vị Ω và đvtđ) b. Tính giá trị điện kháng đồng bộ bảo hòa Xs? (đơn vị Ω và đvtđ) c. Tính tỷ số ngắn mạch Kn? Tính Xs (đvtđ) theo Kn? Tính điện kháng đồng bộ (theo Ω/pha và đvtđ) của máy điện đồng bộ 85kVA. Biết điện áp hở mạch định mức là 460V khi dòng kích từ 8.7A. Và đạt dòng ngắn mạch định mức ở 11.2A. Ví dụ 3: (EX 5.5-p265) (trang 226) Máy điện đồng bộ ba pha, 45kVA, nối Y, 6 cực, 220V/60Hz như ví dụ trên (EX 5.4) Khi dòng ngắn mạch bằng dòng phần ứng định mức (118A), tổn hao là 1.8kW ở 25oC. Biết điện trở một chiều trên cuộn dây phần ứng là 0.0335Ω/pha. Tính điện trở hiệu dụng trên mỗi pha? (đơn vị Ω và đvtđ) Máy điện đồng bộ ba pha 13.8kV, 25MVA. Tổn hao ngắn mạch là 52,8kW ở dòng định mức. Chương 5: Máy điện đồng bộ 17 Bài giảng Máy điện TB a) Tính dòng phần ứng định mức? b) Tính điện trở hiệu dụng trên mỗi pha? (đơn vị Ω và đvtđ) Ví dụ 4: (EX 5.1-p254) Một động cơ 3 pha đồng bộ, điện áp dây đầu cực là 460V, 60Hz, Y, dòng điện 120A, hệ số công suất 0.95 chậm. Dòng kích từ 47A. Điện kháng đồng bộ 1.68Ω (0.794 đơn vị tương đối với 460V, 100kVA, 3 pha). Bỏ qua điện trở stator. a) Tính điện áp Eaf?  b) Biên độ từ trường af và hỗ cảm Laf? eaf  Laf I f cos(t  q o  ) 2 af  Laf I f cos(t  qo ) c) Công suất điện cấp cho motor (kW) và (hp). Chương 5: Máy điện đồng bộ 18 Bài giảng Máy điện TB II. Máy phát đồng bộ Máy phát cấp điện cho tải, hay cho lưới. II.1. Mạch tương đương jXs n If Uf Ra Ia Rf af Eaf It U Zt Tải    Eaf  U  Ra  jX s I a Ví dụ 1: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ có các thông số định mức 11kV, 50Hz, 20MVA, cuộn dây stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 5. Chương 5: Máy điện đồng bộ 19 Bài giảng Máy điện TB  a) Tải định mức có HSCS=cosđm=0,9 chậm pha. Tính E af (trị phức)? Vẽ giản đồ vector? b) Tính lại cho tải (có dòng điện và điện áp) định mức có HSCS=cosb=0,7 nhanh pha? c) Nếu giữ kích từ không đổi như câu a. Tính điện áp trên tải (có tổng trở như ở) câu b? Ví dụ 2: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ có các thông số định mức 16MVA, 10,5kV, 50Hz, cuộn dây stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 4,8. Tính giá trị sức điện động Eaf và góc tải  khi máy phát cấp điện cho tải ở điều kiện định mức, cosđm=0,8. Tính cho trường hợp chậm pha và nhanh pha? Vẽ giản đồ vector? Ví dụ 3: Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, 2 cực, có công suất định mức 10KVA, điện áp định mức 380V, 50Hz, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng Rư0 (tính lại cho Rư0,5) và điện kháng đồng bộ Xđb=5. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công suất cos=0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy: a. Tính công suất tiêu thụ của tải định mức? b. Tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất ? c. Vẽ giản đồ vector? d. Tính độ thay đổi điện áp U%? e. Tính momen điện từ và momen kéo của máy phát. Biết tổn hao cơ là 500W. f. Tính công suất tác dụng quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng kích từ không đổi và biên độ điện áp ngõ ra không đổi. II.2. Đặc tính công suất – góc ở xác lập E  U  ZsI Zs  R a  jXs  ZsZ  jXs E  U0o  ZsI   t  Chương 5: Máy điện đồng bộ 20