Bài giảng biến đổi năng lượng điện cơ chương 1

Chia sẻ: Nguyễn Phước Lộc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

163
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo về Bài giảng biến đổi năng lượng điện cơ dùng cho các bạn sinh viên ngành kỹ thuật...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng biến đổi năng lượng điện cơ chương 1

408001 Bi n ñ i năng lư ng ñi n cơ TS. Nguy n Quang Nam HK2, 2009 – 2010 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Bài gi ng 1 1 Gi i thi u v h th ng ñi n – T ng quan B n ph n t cơ b n trong m t h th ng ñi n: h th ng phát ñi n, h th ng truy n t i, h th ng phân ph i, và t i Khách hàng CN Kh/hàng dân d ng Khách Khách hàng TM hàng s Ngu n H th ng H th ng H th ng phát truy n t i truy n t i ph phân ph i Bài gi ng 1 2
T ng quan (tt) Ngu n phát: g m các nhà máy nhi t ñi n (than, khí t nhiên, d u, ...), th y ñi n (nư c – tái sinh), ñi n h t nhân (an toàn nghiêm ng t). ði n áp t i ñ u ra c a các ngu n phát ñư c nâng lên ñ thu n ti n cho vi c truy n t i qua các h th ng truy n t i và truy n t i ph . Các khách hàng s và m t s khách hàng công nghi p mua ñi n t i các tr m trung áp (34 kV). H th ng phân ph i ti p t c h c p ñi n áp và phân ph i ñi n năng ñ n các khách hàng thương m i và dân d ng. Bi n ñ i năng lư ng ñi n cơ ñóng vai trò chính trong nh ng h th ng thành ph n: máy phát (generator), máy ng t (circuit breaker), ñ ng cơ (motor), máy bi n áp (transformer). Bài gi ng 1 3 Quá trình phi t p trung hóa ngành ñi n Phân lo i các t ch c: công ty phát ñi n, công ty truy n t i, công ty phân ph i, và nhà ñi u hành ñ c l p h th ng (ISO). ... Cty phát ñi n Cty phát ñi n Ngu n phát Truy n t i Nhà ðH và ñ cl p Truy n t i Phân ph i h th ng và Phân ph i ... Khách hàng Khách hàng Nhà kinh doanh th trư ng Khách hàng Bài gi ng 1 4
ð ng h c h th ng ñi n và các ph n t Toàn b h th ng ñi n là m t h th ng ñ ng, ñư c mô t b i m t h phương trình vi phân dư i d ng (không gian tr ng thái) x = f ( x, u ) & v i vectơ tr ng thái x và vectơ ngõ vào u tương ng là các vectơ n và r chi u. Kích thư c c a x là r t l n, và khung th i gian c a ñáp ng tr i t vài miligiây (quá ñ ñi n t ), ñ n vài giây (ñi u khi n t n s ), ho c vài gi (ñ ng cơ n i hơi). Vi c mô hình hóa h th ng d a vào các nguyên t c v t lý và d ng tĩnh c a các phương trình Maxwell là m t bư c quan tr ng trong quá trình phân tích h th ng v ñáp ng trong mi n th i gian, ñáp ng xác l p hình sin, ñi m n ñ nh, tính n ñ nh, ... Bài gi ng 1 5 H th ng ñi n cơ Môn h c xem xét hai lo i h th ng ñi n cơ: h th ng t nh ti n và h th ng quay. H th ng t nh ti n ñư c dùng trong các rơle ñi n cơ, và cơ c u ch p hành, và thư ng d phân tích. Các h th ng quay thư ng ph c t p hơn, do ñó vi c phân tích ñư c d ng l i phân tích xác l p hình sin b ng gi n ñ vectơ và m ch tương ñương. Khi m ch tương ñương ñã ñư c rút ra, các khía c nh cơ h c cũng s ñư c th hi n trong ñó. Vi c này ñư c th c hi n cho các lo i máy ñi n ñ ng b , không ñ ng b , và m t chi u. Các máy ñi n m t pha ch ñư c phân tích ñ nh tính. Bài gi ng 1 6
Ôn t p v công su t Gi thi t ñi n áp và dòng ñi n hình sin, nghĩa là v(t ) = Vm cos(ωt + θ v ) i (t ) = I m cos(ωt + θ i ) Công su t t c th i cho b i (i = Im khi t = 0) p (t ) = v(t )i (t ) = Vm I m cos(ωt + θ v − θ i ) cos(ωt ) Công su t trung bình (th c hay tác d ng) trong 1 chu kỳ T = 2π/ω cos(θ v − θ i ) = Vrms I rms cos(θ v − θ i ) Vm I m P= 2 v i Vrms và Irms tương ng là ñi n áp và dòng ñi n hi u d ng. θ = θv − θi ñư c g i là góc h s công su t, và cos(θ) ñư c g i là h s công su t (PF). Bài gi ng 1 7 Ôn t p v vectơ pha Các ñ i lư ng hình sin có th ñư c bi u di n d ng vectơ pha, ch ng hn V = Vrms ∠θ v I = I rms ∠θ i Góc pha Biên ñ H s công su t tr H s công su t s m V I + + V I θi θv θi θv T i c m có h s công su t tr , và t i dung có h s công su t s m. Bài gi ng 1 8
Ví d t i l p d ng vectơ và tìm công su t trung bình P Vd. 2.1: Bi u di n v(t) và i(t) ( ) v(t ) = 210 cos ωt + 30 0 ⇒ V = 10∠30 0 ( ) i (t ) = 2 5 cos ωt − 20 0 ⇒ I = 5∠ − 20 0 θ = θ v − θ i = 30 − (− 20 ) = 50 0 (HSCS tr ) () P = (10 )(5) cos 500 = 32,14 W Vd. 2.2: Tính l i công su t trung bình P v i i(t) m i ( ) i (t ) = 2 5 cos ωt − 90 0 ⇒ I = 5∠ − 90 0 ( ) P = (10 )(5) cos 120 0 = −25 W (phát công su t!) Bài gi ng 1 9 Ôn t p v công su t ph c ð nh nghĩa công su t ph n kháng b i Vm I m sin (θ v − θ i ) = Vrms I rms sin (θ v − θ i ) Q= 2 Công su t t c th i có th ñư c bi u di n p(t ) = P + P cos(2ωt ) − Q sin(2ωt ) = P[1 + cos(2ωt )] − Q sin (2ωt ) jθ v jθ i Vì V = Vrms e và I = I rms e , có th th y () P = Re V ⋅ I * = Vrms I rms cos(θ v − θ i ) Q = Im(V ⋅ I ) = V sin (θ v − θ i ) * I rms rms Công su t ph c ñư c ñ nh nghĩa là ( ) S = V ⋅ I * = P + jQ Bài gi ng 1 10
Ôn t p v công su t ph c (tt) Khi tính toán công su t, các giá tr hi u d ng luôn luôn ñư c dùng. Do ñó, t ñây v sau s không ghi ch s rms trong các ký hi u P = VI cos(θ v − θ i ) Q = VI sin (θ v − θ i ) S = VI Và ñ l n c a công su t ph c là ð phân bi t S, P, và Q, các ñơn v c a chúng l n lư t là voltamperes (VA), watts (W), và voltampere reactive (VAR). Các d ng khác c a công su t ph c S = ZI I * = I 2 Z = I 2 (R + jX ) = P + jQ Z = R + jX V = ZI Do ñó Q = I2X P = I 2R Bài gi ng 1 11 Ví d t i l p Vd. 2.4: Tìm công su t ph c v i v(t) và i(t) ñã cho ( ) v(t ) = 210 cos ωt + 10 0 ⇒ V = 10∠10 0 ( ) i (t ) = 2 20 sin ωt + 70 0 ⇒ I = 20∠ − 20 0 ( )( )( ) S = V I * = 10∠100 20∠200 = 200∠300 = 173,2 + j100 VA P = 173,2 W Q = 100 VAR Vd. 2.5 và 2.6: xem giáo trình Bài gi ng 1 12
B o toàn công su t ph c Trong m ch n i ti p S = V ⋅ I * = (V1 + V2 + ... + Vn )I * = S1 + S 2 + ... + S n Trong m ch song song S = V ⋅ I = V (I1 + I 2 + ... + I n ) = S1 + S 2 + ... + S n * * Công su t ph c t ng là t ng các công su t ph c thành ph n. H u h t t i ñư c n i song song. S b o toàn công su t ph c P = P1 + P2 + ... + Pn Q = Q1 + Q2 + ... + Qn Tam giác công su t: xem ví d 2.7 Bài gi ng 1 13 Ví d t i l p Vd. 2.7: Tìm công su t ph c d ng tam giác công su t ( )( ) S = V I * = 100∠100 10∠ − 26,80 = 1000∠36,80 = 800 + j 600 VA Do ñó Q = 600 VAR P = 800 W VI = 1000 VA A 0V 0 10 Vì θ > 0, dòng ñi n ch m pha so S= Q = 600 VAR v i ñi n áp, và t i mang tính c m. 36,80 P = 800 W Vd. 2.8, 2.9 và 2.10: xem giáo trình Bài gi ng 1 14
Bi u di n công su t c a m t t i Công su t tiêu th b i t i có th ñư c bi u di n b ng m t t h p c a 3 trong 6 ñ i lư ng sau: V, I, PF (tr hay s m), S, P, Q. N u V và I là cho trư c, s tương ñương v i cho trư c V, I, và PF M t cách khác là cho bi t V, PF, và P P Q = VI sin θ I= S = P + jQ V cos θ Cách th ba là cho bi t V, PF, và S: I ñư c tính t V và S, sau ñó Q có th ñư c tính t S và PF Cách sau cùng là cho bi t V, P, và Q: S ñư c tính t P và Q, sau ñó PF ñư c tính t P và S Bài gi ng 1 15 Các h th ng 3 pha m i pha l ch pha so v i các pha khác 1200. V i th t ð i n áp thu n (a-b-c), các ñi n áp cho b i ( ) ( ) v aa ' = Vm cos(ωt ) vbb ' = Vm cos ωt − 120 0 v cc ' = Vm cos ωt + 120 0 Cách n i 3 pha: c u hình sao (Y) và c u hình tam giác (∆) Trong c u hình sao, các ñ u dây a’, b’, và c’ ñư c n i v i nhau và ñư c ký hi u là c c trung tính n. a ia + − ia, ib, và ic là các dòng ñi n dây, cũng n in b ng v i các dòng ñi n pha. in là dòng − − + + c ib ñi n trong dây trung tính. b ic Bài gi ng 1 16
Các h th ng 3 pha (tt) Trong c u hình tam giác, ñ u a’ ñư c n i vào b, và b’ vào c. Vì vac’ = vaa’(t) + vbb’(t) + vcc’(t) = 0, như có th ch ng minh b ng toán h c, c’ ñư c n i vào a. ia c’ a Các ñ i lư ng dây và pha − + Vì c ngu n l n t i ñ u có th d ng sao − + hay tam giác, có th có 4 t h p: sao-sao, ib a’ c + − b’ b sao-tam giác, tam giác-sao, và tam giác- ic tam giác (quy ư c ngu n-t i). ñi u ki n cân b ng: • V i c u hình sao-sao, Van = Vφ ∠0 0 Vbn = Vφ ∠ − 120 0 Vcn = Vφ ∠120 0 Bài gi ng 1 17 Các h th ng 3 pha (tt) v i Vφ là tr hi u d ng c a ñi n áp pha-trung tính. Các ñi n áp dây cho b i Vca = Vcn − Van Vab = Van − Vbn Vbc = Vbn − Vcn Ch ng h n, ñ l n c a V ab có th tính như sau () Vcn Vab = 2Vφ cos 30 0 = 3Vφ V ab Vca T gi n ñ vectơ, có th th y V an Vab = 3Vφ ∠30 0 Vbc = 3Vφ ∠ − 90 0 Vbn Vca = 3Vφ ∠150 0 Vbc ñi u ki n cân b ng, in = 0 (không có dòng ñi n trung tính). Bài gi ng 1 18
Các h th ng 3 pha (tt) • C u hình sao-tam giác, ñi u ki n cân b ng: Không làm m t tính t ng quát, gi thi t các ñi n áp dây là Vab = VL ∠00 Vbc = VL ∠ − 1200 Vca = VL ∠1200 Các dòng ñi n pha I1, I2, và I3 trong 3 nhánh t i Vca n i tam giác tr pha so v i các ñi n áp tương I3 ng m t góc θ, và có cùng ñ l n Iφ. Có th th y t gi n ñ vectơ V ab I2 I1 I a = 3I φ ∠ − 30 0 − θ I b = 3I φ ∠ − 150 0 − θ Ia I c = 3Iφ ∠900 − θ Vbc 3Vφ và I L = I φ , c u hình tam giác: V L = Vφ và C u hình sao: V L = I L = 3I φ Bài gi ng 1 19 Công su t trong m ch 3 pha cân b ng T i n i sao cân b ng Trong m t h cân b ng, ñ l n c a t t c ñi n áp pha là b ng nhau, và ñ l n c a t t c dòng ñi n cũng v y. G i chúng là Vφ và Iφ. Công su t m i pha khi ñó s là Pφ = Vφ I φ cos(θ ) PT = 3Pφ = 3Vφ I φ cos(θ ) = 3VL I L cos(θ ) Công su t t ng là Sφ = Vφ I φ* = Vφ I φ ∠θ Công su t ph c m i pha là Và t ng công su t ph c là S T = 3S φ = 3Vφ I φ ∠θ = 3VL I L ∠θ Chú ý r ng θ là góc pha gi a ñi n áp pha và dòng ñi n pha Bài gi ng 1 20
Công su t trong m ch 3 pha cân b ng (tt) T i n i tam giác cân b ng Tương t như trư ng h p t i n i sao cân b ng, công su t m i pha và công su t t ng có th ñư c tính toán v i cùng công th c. Có th th y r ng v i t i cân b ng, bi u th c t ng công su t ph c là gi ng nhau cho c c u hình sao l n tam giác, mi n là ñi n áp dây và dòng ñi n dây ñư c dùng trong bi u th c. Do ñó, các tính toán có th ñư c th c hi n trên n n t ng 3 pha hay 1 pha. Vd. 2.12 và 2.13: xem giáo trình Bài gi ng 1 21 M ch tương ñương 1 pha Bi n ñ i tam giác-sao (∆-Y) Cho m t t i n i tam giác v i t ng tr m i pha là Z∆, m ch tương ñương hình sao có t ng tr pha ZY = Z∆/3. ði u này có th ñư c ch ng minh b ng cách ñ ng nh t t ng tr gi a hai pha b t kỳ trong c hai trư ng h p. Thay vì phân tích m ch hình tam giác, m ch tương ñương 1 pha có th ñư c dùng sau khi th c hi n vi c bi n ñ i tam giác-sao. Vd. 2.14: V m ch tương ñương 1 pha c a 1 m ch ñã cho. Thay th b t n i tam giác b i m t b t n i sao có t ng tr pha –j15/3 = -j5 Ω. Sau ñó có th dùng m ch n i sao tương ñương ñ ñơn gi n hóa, và rút ra m ch tương ñương 1 pha. Bài gi ng 1 22
Ví d t i l p Vd. 2.15: 10 ñ ng cơ không ñ ng b v n hành song song, tìm ñ nh m c kVAR c a b t 3 pha ñ c i thi n h s công su t t ng thành 1? Công su t th c m i pha là 30 x 10 / 3 = 100 kW, PF = 0,6 tr . Công su t kVA m i pha như v y s là 100/0,6. Do ñó, 100 ×103 Sφ = Sφ ∠ cos (0,6 ) = (0,6 + j 0,8) VA = 100 + j133,33 kVA −1 0,6 M t b t có th ñư c n i song song v i t i ñ c i thi n h s công su t t ng. B t c n cung c p toàn b công su t ph n kháng ñ nâng PF thành ñơn v . Nghĩa là cho m i pha Qcap = −133,33 kVAR, và dung lư ng kVAR c n thi t s là 3(−133,33) = −400 kVAR. Bài gi ng 1 23 Ví d t i l p Vd. 2.16: Gi s trong Vd. 2.15, PF m i là 0,9 tr , dung lư ng kVAR c n thi t là bao nhiêu? Sφ = 100 + j133,33 kVA PF m i là 0,9 tr , do ñó công su t ph n kháng m i pha m i là Qnew = P (1 PF ) − 1 = 100 (1 0,9) − 1 = 48,43 kVAR 2 2 133,33 kVAR B t do ñó c n cung c p cho m i pha −133,33 + 48,43 = −84,9 kVAR, và t ng dung lư ng cũ kVAR c n thi t s là 3(−84,9) = −254,7 kVAR. i 48,43 m kVAR Vd. 2.17: xem giáo trình 100 kW Bài gi ng 1 24