intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Bài giảng Máy điện 1: Chương 4 - TS. Trần Tuấn Vũ

Chia sẻ: Caphesua | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

24
lượt xem
3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Máy điện 1: Chương 4 Máy điện đồng bộ cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm chung & cấu tạo máy điện ĐB; Từ trường trong MĐ đồng bộ; Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ; Máy phát điện đồng bộ làm việc với tải đối xứng; Máy phát điện đồng bộ làm việc với tải song song; Động cơ điện đồng bộ. Động cơ điện đồng bộ. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Máy điện 1: Chương 4 - TS. Trần Tuấn Vũ

  1. Học phần EE3140 – MAÝ ĐIỆN I Chương 4 Máy điện Đồng bộ TS. Trần Tuấn Vũ BM Thiết Bị Điện - Điện Tử Viện Điện / C3-106 vu.trantuan@hust.edu.vn / 0906 298 290 ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 12/2015 1 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Tóm tắt Chương 3 – Máy điện Không đồng bộ 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB Các mục chính đã học buổi trước 2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 3. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB 4. ĐỘNG CƠ KĐB 1 PH Buổi học này Chương 4 – Máy điện Đồng bộ 1. Khái niệm chung & cấu tạo máy điện ĐB 2. Từ trường trong MĐ đồng bộ Các mục sẽ học 3. Quan hệ điện từ trong MĐ ĐB buổi này 4. Máy phát điện đồng bộ làm việc với tải đối xứng 5. Máy phát điện đồng bộ làm việc với tải song song 6. Động cơ điện đồng bộ ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 2
  2. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 1. Khái niệm chung & cấu tạo máy điện đồng bộ 1.1. Cấu tạo và phân loại * Định nghĩa: Máy điện xoay chiều, tốc độ rôto n = n1 (đồng bộ) ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 3 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 1. Khái niệm chung & cấu tạo máy điện đồng bộ 1.1. Cấu tạo và phân loại Rôto cực ẩn Rôto cực lồi Thành phần Lõi thép làm từ hợp kim đúc, trên có xẻ Cực từ rôto làm bằng thép KTĐ 1,5 mm một số rãnh để đặt dây quấn Lõi thép rôto làm bằng thép đúc Dây quấn kích từ có dòng kích từ It tạo ra từ trường cho máy. Đặc điểm Dây quấn kích từ quấn rải Dây quấn kích từ quấn tập trung Lực ly tâm bé Lực ly tâm lớn Tốc độ quay lớn, Tốc độ quay thấp, n ≥1500 vòng/phút n ≤ 1500 vòng/phút Dùng trong nhà máy nhiệt điện Dùng trong nhà máy thuỷ điện ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 4
  3. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 1. Khái niệm chung & cấu tạo máy điện đồng bộ 1.1. Cấu tạo và phân loại Hai máy máy phát điện rôto cực ẩn và Loại cực ẩn Loại cực lồi cực lồi có cùng công suất và tần số tốc độ quay n lớn nhỏ số đôi cực p nhỏ lớn đường kính D nhỏ lớn chiều dài l lớn nhỏ cách đặt nằm. đứng ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 5 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 1. Khái niệm chung & cấu tạo máy điện đồng bộ 1.2. Nguyên lý làm việc Lưới nối với tải CD Eo = 4,44.f.w.kdq.φo pn f= 60 I Eo I3pha Từ trường quay S 60f n1 = φo p N U= n = n1 n ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 6
  4. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 1. Khái niệm chung & cấu tạo máy điện đồng bộ 1.2. Nguyên lý làm việc 1.2.1. Máy phát điện * Cơ điện • Rotor quay với tốc độ n. • Rotor 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 ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 7 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 1. Khái niệm chung & cấu tạo máy điện đồng bộ 1.2. Nguyên lý làm việc 1.2.2. Động cơ điện * Điện cơ • 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 rotor quay với tốc độ n = n1. ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 8
  5. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 1. Khái niệm chung & cấu tạo máy điện đồng bộ 1.2. Các đại lượng định mức *Cách ký hiệu - 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, rotor. ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 9 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I. Khái niệm chung & cấu tạo ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 10
  6. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I. Khái niệm chung & cấu tạo ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 11 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I. Khái niệm chung & cấu tạo 3 tổ máy 400 MVA ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 12
  7. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I. Khái niệm chung & cấu tạo ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 13 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I. Khái niệm chung & cấu tạo ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 14
  8. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 2. Từ trường trong máy điện đồng bộ 2.1. Khái niệm chung Đặc điểm Vị trí Nguyên nhân Tác dụng Từ trường Dẫn từ thông Bên rotor, (phần Rôto quay, dòng Cảm ứng sđđ bên dây quấn phần phần cảm một chiều cảm, phần quay, kích từ một chiều ứng (stato) (MFĐ); cực từ) Đồng bộ với từ trường phần ứng (ĐCĐ) Từ trường Dẫn từ thông Bên stator, (phần Dòng 3 pha xoay Kéo rotor quay (ĐCĐ). phần ứng xoay chiều ứng, phần tĩnh) chiều Gây ra phản ứng phần ứng (MFĐ) ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 15 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 2. Từ trường trong máy điện đồng bộ 2.2. Các kiểu kích từ và từ trường của cực từ Sơ đồ nguyên lý làm việc của MFĐĐB hoàn chỉnh ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 16
  9. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 2. Từ trường trong máy điện đồng bộ 2.2. Các kiểu kích từ và từ trường của cực từ Ví dụ: Thí nghiệm khảo sát MFĐĐB, dùng ĐC sơ cấp là ĐCMC ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 17 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 2. Từ trường trong máy điện đồng bộ 2.2. Các kiểu kích từ và từ trường của cực từ It (dòng kích từ) của cực từ sinh ra stđ w t .I t Ft = 2p wt: số vòng dây cuộn kích từ p: số đôi cực từ Từ trường chính Φt (đi qua khe hở không khí để truyền tải năng lượng). Từ trường tản Φσt chỉ móc vòng trong các dây quấn kích từ τ : bước cực Bt : từ cảm cực từ Bt1: sóng cơ bản bậc 1. E = Blv ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 18
  10. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 2. Từ trường trong máy điện đồng bộ 2.3. Từ trường của phần ứng và phản ứng phần ứng • Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường phần cảm gọi là phản ứng phần ứng (p/ư p/ư) • Tuỳ theo tính chất của tải mà p/ư p/ư có tính chất khác nhau, phụ thuộc vào tính chất của tải: thuần R, thuần L, thuần C, hay mang tính chất L, tính chất C. * Các thiết bị điện chủ yếu là thuần R hoặc mang tính chất L. ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 19 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 2. Từ trường trong máy điện đồng bộ 2.3. Từ trường của phần ứng và phản ứng phần ứng 2.3.1. Tải thuần trở *Ví dụ: Một MĐĐB rotor cực lồi có số đôi cực p = 1, số rãnh của một pha dưới một cực q = 1, rotor quay ngược chiều kim đồng hồ. Hãy xét vị trí tương quan về không gian giữa từ trường phần cảm và phần ứng vào thời điểm iA = Imax? ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 20
  11. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 2. Từ trường trong máy điện đồng bộ 2.3. Từ trường của phần ứng và phản ứng phần ứng 2.3.1. Tải thuần trở * Phương pháp điện từ: 1. Số rãnh Z = 2mpq = 2.3.1.1 = 6 2. Xác định thứ tự pha theo chiều quay của rôto. 3. Giả sử chiều dòng điện ra tại A, vào tại X Xác định chiều dòng điện tại B, Y, C, Z: iA = Imax → iB = iC = -Imax/2 4. Xác định chiều của từ trường pha A, B, C. Chiều của từ trường phần ứng Fư (xác định theo quy tắc vặn nút chai) là tổng hợp của từ trường pha A, B, C và vuông góc với AX. 5. Trục của cực từ đi qua AX để có IA = Imax. 6. Chiều của từ trường cực từ Ft xác định theo quy tắc bàn tay phải. ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 21 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 2. Từ trường trong máy điện đồng bộ ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 22
  12. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 2. Từ trường trong máy điện đồng bộ ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 23 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 2. Từ trường trong máy điện đồng bộ 2.3. Từ trường của phần ứng và phản ứng phần ứng 2.3.3. Tải thuần dung - Các điều kiện để xét gióng như tải thuần trở Fư cùng phương cùng chiều với Ft, khi tải thuần dung p/ư p/ư là dọc trục trợ từ (lấy Ft làm trục gốc để so sánh) &I B F& t Fư I& A &I C E& A ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 24
  13. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3. Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ 3.1. Khái niệm chung Quan hệ điện từ bao gồm: - Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị vector MĐĐB - Giản đồ cân bằng năng lượng MĐĐB - Công suất điện từ của MĐĐB *Điện kháng phần ứng (Xư): &I → F& → Φ & → cảm ứng E trong dây quấn phần ứng. t t t 0 Nếu mạch phần ứng khép kín (có tải) sẽ có Iư Fư Φư 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 Với tải bất kỳ: Iư (I) Id (Iưd) Fưd Φưd Eưd = Xưd.I-d Iq (Iưq) Fưq Φưq Eưq = Xưq.I-q Xưd - điện kháng phần ứng dọc trục Xưq - điện kháng phần ứng ngang trục ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 25 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3. Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ 3.2. Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị vector 0 ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 26
  14. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3. Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ 3.2. Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị vector 3.2.1. Máy phát điện đồng bộ • Mạch dây quấn phần ứng (1) giống mạch thứ cấp MBA, nhưng giá trị điện kháng X khác nhau theo hướng dọc và ngang trục: Id ≠ Iq ≠ I. điện kháng X được đưa vào ΣE& trong mạch (2): U & + R I& = ΣE& u * Chỉ xét: mạch từ chưa bão hoà (bão hòa – MĐ2) •Sử dụng nguyên lý xếp chồng: E& δ = E& 0+ E& u E& δ - sđđ cảm ứng trong dây quấn phần ứng do TT khe hở không khí F&δ = F& + F&u ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 27 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3. Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ 3.2. Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị vector 3.2.1. Máy phát điện đồng bộ δd δq 3.2.1.1. MFĐ rotor cực lồi φo do Ikt φ--ư do Id Móc vòng stator rotor φ-ưq d do Iq φt (φσ) do I TT tản, móc vòng riêng với stator • φo E0 Ph-ương trình cân bằng điện áp • • φ-ư E ud = − jI d X ud X•ud: điện • kháng• phản • ứng phần • ứng • dφ • • U =dọcE otrục + E ud + E uq + E t − R u I -ư E uq = − jI q X uq X• uq: điện • kháng• phản ứng •phần ứng • • • • φ q t E t = − jI X t U =ngangE o −trục jI d X − jI q X − jI X ud uq t − Ru I ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 28
  15. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3. Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ • • • • • • • • I = I d + Iq U = E o − jId (X ud + X t ) − jIq (X uq + X t ) − R u I • • • • • • • • • U = E o − jId X d − jIq X q − R u I U = E o − jId X d − jIq X q Xd = Xud + Xt: điện kháng đồng bộ dọc trục r Xq = Xuq + Xt: điện kháng đồng bộ ngang trục −jIqXq r r −jIdXd * Đồ thị vector −jIdXd ur ur ur r U - Tải mang t/c điện cảm Eo −jIqXq Eo - Tải mang t/c điện dung ur θ U ψ = ψeo- ψi r ϕ r θ r I r ϕ = ψu - ψi Iq I Iq ϕ ψ θ = ψ eo - ψ u ψ r r ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 Id 29 Id Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3. Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ 3.2. Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị vector 3.2.1. Máy phát điện đồng bộ 3.2.1.2. MFĐ rotor cực ẩn Vì δd = δq = δ Xd = Xq = Xđb: • • • • điện kháng đồng bộ U = E o − j(Id + Iq )X db r ur − jIX db r • • • Eo ur −jIXdb U = E o − j I X db Eo ur ur U * Đồ thị vector U - Tải mang t/c điện cảm θ r r θ - Tải mang t/c điện dung I ϕ ϕ I - Nhận xét: ψ ψ + góc Eo và U + θ > 0 : E0 v-ượt trước U ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 30
  16. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ IV. Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị vector 3.2. Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị vector 3.2.2. Động cơ đồng bộ • • • Máy cực ẩn U = E o + jI X db * Đồ thị vector ur U ϕ θ r ur − jI X db ψ Eo r I - Nhận xét về góc θ: U vượt trước E0 ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 31 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3. Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ 3.2. Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị vector 3.2.3. Cân bằng năng lượng trong MĐĐB - MFĐĐB có MF kích từ nằm cùng trục với rotor: pcơ: tổn hao cơ do ma sát và quạt gió; P1: công suất cơ đưa vào; pf : tổn hao phụ do sóng bậc cao; P2: công suất điện đưa ra; pCu: tổn hao đồng dây quấn stato; Pđt: công suất điện từ; pFe: tổn hao sắt từ bên stato; pt : tổn hao kích từ (điện). ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 32
  17. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3. Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ 3.2. Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị vector 3.2.3. Cân bằng năng lượng trong MĐĐB - ĐCĐĐB có MF kích từ nằm cùng trục với rotor: ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 33 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Tóm tắt Chương 4 – Máy điện Đồng bộ 1. Khái niệm chung & cấu tạo máy điện ĐB 2. Từ trường trong MĐ đồng bộ Các mục chính đã học buổi trước 3. Quan hệ điện từ trong MĐ ĐB 4. Máy phát điện đồng bộ làm việc với tải đối xứng 5. Máy phát điện đồng bộ làm việc với tải song song 6. Động cơ điện đồng bộ Buổi học này Chương 4 – Máy điện Đồng bộ Chương 4 – Máy điện Đồng bộ 1. Khái niệm chung & cấu tạo máy điện ĐB 2. Từ trường trong MĐ đồng bộ 3. Quan hệ điện từ trong MĐ ĐB Các mục sẽ học buổi này 4. Máy phát điện đồng bộ làm việc với tải đối xứng 5. Máy phát điện đồng bộ làm việc với tải song song 6. Động cơ điện đồng bộ Chương 5 – Máy điện 1 chiều 1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 34
  18. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 4. Máy điện đồng bộ làm việc với tải đối xứng 4.1. Các đặc tính của MFĐĐB Các đường đặc tính có thể xác định bằng cách đo trực tiếp hoặc dựa vào đồ thị vector. ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 35 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 4. Máy điện đồng bộ làm việc với tải đối xứng 4.1. Các đặc tính của MFĐĐB 4.1.1. Đặc tính không tải U0 = E = f (It) khi I = 0, f = const B E 3405 (mã thép) EU: - M400-50A 3406 - M600-35A - M330-35A It H ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 36
  19. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 4. Máy điện đồng bộ làm việc với tải đối xứng 4.1. Các đặc tính của MFĐĐB 4.1.2. Đặc tính ngắn mạch (3 pha) In = I = f (It) khi U = 0, f = const Coi Rư = 0 (vì Rư
  20. Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 4. Máy điện đồng bộ làm việc với tải đối xứng 4.1. Các đặc tính của MFĐĐB 4.1.4. Đặc tính điều chỉnh It = f(I) khi f = fđm, cosϕ = cosϕđm = const; U = Uđm= const Khi tải thay đổi → I thay đổi → U thay đổi It L Muốn giữ U = const cần điều chỉnh It Itđm Ví dụ: Tải L, khi I↑ → p/ư p/ư ↑ → U↓ R Để U = const, cần phải tăng It Ito Thông thường cosϕ = 0,8 (tải cảm) cho nên từ không tải C cho đến tải định mức (Ito đến Itđm) It phải tăng khoảng 1,7÷2,2 lần. 0 Iđm I ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 39 Chương 4 – MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 4. Máy điện đồng bộ làm việc với tải đối xứng 4.1. Các đặc tính của MFĐĐB U 4.1.5. Đặc tính tải U = f(It) khi f = fđm = const U = f(It) cosϕ = const I = const It Ví dụ: Xét U = f(It) khi 0 f = fđm cosϕ = 0 (tải thuần cảm) U I đặc tính không tải I = const 1 đặc tính tải 3 Cách vẽ U = f(It) từ đặc tính không tải và đặc tính ngắn mạch. 2 đặc tính ngắn mạch Iđm A ∆ABC : ∆ điện kháng. Dịch chuyển ∆ABC sao cho It điểm A chạy trên đường 1, cạnh BC // trục It; 0 B C Itn → điểm C sẽ vẽ nên đặc tính tải ĐHBK HN / Viện Điện / BM TBĐ-ĐT / TTV 2017 40
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
4=>1