Chương 8 máy phát đện đồng bộ 3 pha

CHƯƠNG 8

MÁY PHÁT ĐIỆN
ĐỒNG BỘ 3 PHA
 8.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
BA PHA.

Một số thông số của máy phát điện 3 pha.
- Uđm(V, kV) Điện áp định mức được viết theo điện áp dây

- Iđm(A, kA) Dòng điện định mức

- fđm (Hz) Tần số định mức
- Cosϕ Hệ số công suất định mức
- Iktđm(A,) Dòng điện kích từ định mức

- Uktđm(V) Điện áp kích từ định mức

- S (kVA) Công suất - được viết theo công suất biểu kiến

- nđm (vòng/phút)Tốc độ quay định mức
 8.2 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ


8.2.1 Stator: giống như stator của máy điện không đồng bộ

8.2.2 Rotor: Có hai loại rotor: rotor cực ẩn và rotor cực lồi




Mặt cắt của rotor
 Rotor


b) Rôto cực ẩn




Loại rôto cực ẩn được dùng trong máy
phát kéo bởi tuốc bin vận tốc nhanh (tuốc
bin nhiệt điện).
Máy phát rotor cực ẩn
 Rotor

Loại rôto cực lồi được dùng trong máy phát kéo bởi
a) Rôto cực lồi
tuốc bin vận tốc chậm (tuốc bin thủy điện).
Máy phát rotor cực lồi
 8.2 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ


c) Bộ kích từ
Dây quấn kích từ trên rôto được cung cấp dòng một
chiều để tạo ra từ thông không đổi theo thời gian
 8.2 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ


c) Bộ kích từ
8.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT
ĐIỆN ĐỒNG BỘ.




e A = E m sin ωt
2π
e B = E m sin(ωt − )
3
4π
e C = E m sin(ω t − )
3
8.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY
PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ.

Sức điện động pha
Eo= 4,44fkdqw1φo

f tần số của sức điện động
kdq hệ số dây quấn,
w1 số vòng dây một pha
φo từ thông cực từ rotor.

Tần số được tính theo công thức
np
f=
60
 8.4 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY
PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Ε0


φ0 φ1
Ι1
Sức điện động được sinh ra bởi Từ thông được sinh ra bởi dòng
từ thông, thì sức điện động sẽ điện, thì từ thông sẽ cùng phương
trễ pha so với từ thông một góc với dòng điện
900
 8.5.2 Phương trình điện áp của máy phát
điện cực ẩn.



Đối với máy phát điện cực ẩn là
trường hợp đặc biệt của cực lồi trong đó
Xd = Xq gọi là điện kháng đồng bộ Xdb

• • •
U = E o − j I X db
Đặc tính góc – công suất ở trạng thái
xác lập máy cực từ ẩn
Đặc tính góc – công suất ở trạng thái
xác lập máy cực từ ẩn
Đặc tính góc – công suất ở trạng thái
xác lập máy cực từ ẩn
 8.5 MÔ HÌNH TOÁN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN
ĐỒNG BỘ

8.5.1 Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi
•
E0 •
− j Iq X q sđđ đồng bộ dọc trục
• •
•
E d = − j Id X d
•
− j Id X d U
sđđ đồng bộ ngang trục
• •
E q = − j Iq X q
θ
•

Iq I
ϕ •
φ0 ψ Eq =
Id
•
Ed
8.6 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT
ĐIỆN ĐỒNG BỘ CỰC LỒI.

8.6.1 Công suất tác dụng
- Công suất tác dụng của máy phát cung cấp cho tải là
P = mUIcosϕ
Trong đó: U,I là điện áp pha, dòng điện pha, m là số pha

Theo đồ thị hình 8.5 ta thấy ϕ = ψ − θ do đó:
P = mUIcosϕ = mUIcos(ψ- θ) = mUIcosψ.cosθ + mUIsinψ.sinθ

Vì I.cosψ = Iq và I.sinψ = Id theo đồ thị véctơ hình 8.5 a rút ra

U sin θ E 0 − U cos θ
Iq = Id =
Xq Xd
Hình 8.5
8.6 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT
ĐIỆN ĐỒNG BỘ CỰC LỒI.


Thế biểu thức của Id và Iq vào phương trình công suất điện
từ, bỏ qua tổn hao và sau một vài biến đổi đơn giản ta có:

E0 U2  1 1 
Pdt = mU sin θ + m  −  sin 2θ
Xd 2 X Xd 
 q 
Ta nhận thấy công suất điện từ gồm 2 thành phần
mUE 0 do dòng điện kích từ tạo nên
Thành phần sin θ
tỷ Xd
lệ với sinθ. Đó là thành phần công suất chủ yếu của
máy phát U2  1 1 
Thành phần m  −  sin 2θ không phụ thuộc vào dòng
2  Xq Xd 
 
điện kích từ và chỉ xuất hiện
khi X d ≠ X q
 8.6 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT
ĐIỆN ĐỒNG BỘ CỰC LỒI.

E0 U2  1 1 
Pdt = mU sin θ + m  −  sin 2θ
Xd 2 X 
 q Xd 
Đặc tính P = f(θ) gọi là đặc tính góc công suất


- Máy phát làm việc ổn
định khi θ trong khoảng
π
0÷
2

- khi tải định mức

θ = 20 0 ÷ 30 0
8.6 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT
ĐIỆN ĐỒNG BỘ CỰC LỒI.


8.6.2 Công suất phản kháng
Công suất phản kháng của máy phát đồng bộ:
Q = mUIsinϕ = mUIsin(ψ- θ) = mUIsinψ.cosθ - mUIcosψ.sinθ
Từ đồ thị véctơ hình 8.5 ta có
E 0 − U cos θ
I sin Ψ =
X db
U sin θ
I cos Ψ =
X db
Thay các phương trình vào ta có

mUE0 cos θ mU 2
Q= −
X X
db db
 8.6.3 Điều chỉnh công suất tác dụng và
công suất phản kháng

a) Điều chỉnh công suất tác dụng.

Máy phát biến đổi cơ năng thành điện năng, vì thế
muốn điều chỉnh công suất tác dụng P, phải điều chỉnh
công suất cơ của động cơ sơ cấp (tuabin hơi hoặc tuabin
khí…)
b) Điều chỉnh công suất phản kháng
Ta có công suất phản kháng tính theo điện áp phát
ra, sức điện động, điện kháng đồng bộ và góc công su ất:

mU(E o cos θ − U)
Q=
X db
 8.6.3 Điều chỉnh công suất tác dụng và
công suất phản kháng

Nếu giữ U, f và P không đổi thì

Nếu - Eo-cosθ < U thì Q < 0

- Eo-cosθ = U thì Q = 0

- Eo-cosθ > U thì Q > 0

Khi Q < 0 nghĩa là máy không phát công suất ph ản kháng,
mà nhận công suất phản kháng của lưới điện để tạo ra từ trường,
máy thiếu kích từ.
Khi Q = 0 máy phát không nhận cũng không phát công suất
phản kháng cho lưới điện, máy phát kích từ vừa đủ.

Khi Q > 0 máy phát phát công suất phản kháng cho lưới điện,
máy quá kích từ hay kích từ dư.
8.7 ĐẶC TUYẾN CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG
BỘ.

8.7.1 Đặc tuyến không tải


E0




0 Ikt

Mối quan hệ giữa dòng kích từ và điện áp phát ra
 Đặc tuyến ngoài và đặc tuyến điều
chỉnh

E Ikt Tải L
Tải C
Tải R
E0
Độ biến thiên điện áp
Tải R %
Tải C
U − U dm E − U dm
∆U% = o 100% = o 100%
Tải L U dm U dm




0 It 0 It
Đặc tuyến ngoài miêu tả mối quan Đặc tuyến điều chỉnh miêu tả mối
hệ giữa điện áp phát ra và dòng tải. quan hệ giữa dòng kích từ và dòng
tải.
Máy phát đồng bộ làm việc song
song

Hoà đồng bộ máy phát vào hệ thống
 Đúng thứ tự pha, đúng điện áp
nhưng khác tần số.

S’ S
R’
T
R




T’
’
T R
T’ R
R’
S

R R
T’
T’




R T
S’




S
’
T




S’ S S’
 Đúng điện áp, khác thứ tự pha và
khác tần số
R’


T T’
S’
T
R


R’
T




R’ R
R
S’




T’




S S’
T’S
S
 2 hay nhiều máy phát kết nối song
song cùng cung cấp cho tải.



St
Q2 Qt



Tải Z có các thông số:
Q1
Theo định luật bảo toàn công
suất:
ϕt Pt

P1 P2
 Tính công suất biểu kiến và hệ số
công suất cho mỗi máy
St
Q2 Q Tính hệ số công suất cho máy 1
t S1
Q1
ϕ1
Q1 P1

ϕt
Tính hệ số công suất cho máy 2
Pt S2
Q2
P1 P2

ϕ2
P2