zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Bài giảng Máy điện: Chương 5 - TS. Nguyễn Quang Nam

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:33

Báo xấu

131
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Máy điện: Chương 5 gồm 2 phần. Phần 1 trình bày về máy điện đồng bộ như tổng quan, từ trường và sức từ động, mạch tương đương, đặc tính không tải, đặc tính ngắn mạch... Phần 2 trình bày ảnh hưởng của cực từ lồi, đặc tính công suất, máy phát đồng bộ làm việc với lưới điện vô cùng lớn và một số nội dung khác.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Máy điện: Chương 5 - TS. Nguyễn Quang Nam

Bài giảng Chương 5: Máy điện đồng bộ 3 pha TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK 2 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Phần 1 1
Máy điện đồng bộ – Tổng quan Dòng AC chạy trong phần ứng (thường nằm trên stato), và kích thích DC đặt vào dây quấn kích từ (thường nằm trên rôto). Rôto cực ẩn thường dùng cho máy phát tuabin, còn kết cấu cực lồi thích hợp cho máy phát thủy điện. Công suất kích từ (khoảng vài % công suất định mức) thường được cung cấp thông qua một vành trượt từ một máy phát DC, gắn vào trục của máy đồng bộ. Các máy phát lớn dùng máy kích thích AC kết hợp với bộ chỉnh lưu bán dẫn. Phần 1 2
Tổng quan (tt) Máy phát đồng bộ cung cấp công suất cho tải sẽ đóng vai trò một nguồn áp có tần số xác định bởi động cơ sơ cấp của nó. Dòng điện và hệ số công suất được xác định bởi từ trường kích từ và trở kháng của máy phát và tải. Tuy nhiên, máy đồng bộ thường được nối vào hệ thống điện gồm có nhiều máy đồng bộ khác. Điện áp và tần số ở đầu cực phần ứng do hệ thống xác định. Khi tải các dòng nhiều pha cân bằng, phần ứng tạo ra một từ trường trong khe hở quay ở tốc độ đồng bộ xác định bởi tần số hệ thống. Phần 1 3
Tổng quan (tt) Để tạo ra mômen ổn định đơn hướng, các từ trường stato và rôto phải quay cùng tốc độ, do đó rôto cũng phải quay ở tốc độ đồng bộ. Do đó, một động cơ đồng bộ nối vào một nguồn áp tần số không đổi sẽ hoạt động ở tốc độ xác lập là một hằng số, bất chấp tải. Bản thân động cơ đồng bộ không có mômen khởi động và cần được khởi động bằng chế độ động cơ không đồng bộ đến tốc độ đồng bộ, nhờ dây quấn mở máy. Phần 1 4
Tổng quan (tt) Mômen điện từ (tác động theo chiều kéo các từ trường thẳng hàng) của máy đồng bộ cho bởi π T= p 2 Φ sr Fr sin (δ r ) (N.m) 2 Ở điều kiện thông thường, điện áp rơi trên điện trở phần ứng không đáng kể, và từ thông tản phần ứng là nhỏ so với từ thông khe hở Φsr. Điện áp cảm ứng bởi Φsr xem như cân bằng với điện áp đầu cực Ut. Ut Φ sr = (Wb) 4,44 fk dq N ph Phần 1 5
Tổng quan (tt) Khi các cực phần ứng được nối vào một lưới vô hạn cân bằng, từ thông khe hở sẽ xấp xỉ hằng số, độc lập với tải trên trục máy. Sức từ động rôto Fr do dòng kích từ DC xác định và cũng không đổi trong điều kiện bình thường. Do đó, sự thay đổi mômen sẽ hoàn toàn được thực hiện bởi việc thay đổi góc mômen δr. Khi δr = 90º máy đạt đến mômen cực đại hay công suất cực đại (mômen hay công suất mất đồng bộ), với điện áp đầu cực và kích từ không đổi. Mômen mất đồng bộ giới hạn khả năng quá tải ngắn hạn của động cơ. Phần 1 6
Tổng quan (tt) Chế độ máy phát ứng với vùng mômen T < 0. Nếu nối máy Mômen mất đồng bộ ĐB vào một hệ thống AC với Động cơ Công suất hoặc mômen điện áp và tần số không đổi, có khả năng hấp thụ hay cung cấp công suất điện, máy ĐB sẽ cung Góc mômen cấp công suất cho lưới khi rôto Máy phát được quay sao cho sóng sức từ động rôto chạy trước sóng từ thông khe hở. Phần 1 7
Từ trường và sức từ động Sóng sức từ động đã được khảo sát trước đó. Từ thông trong khe hở của máy cực ẩn sẽ được khảo sát ở đây, xét thời điểm trục từ trường kích từ sớm pha 90° so với trục pha a. Trục từ trường Gọi F là sóng stđ cơ bản do dây quấn kích từ tạo ra kích từ và A là sóng stđ phản ứng phần ứng. Sóng stđ tổng R Φf Φr là tổng của hai sóng stđ thành phần F và A. F R Các sóng stđ và từ thông được xét là hình sin, do đó có thể dùng giản đồ vectơ để biểu diễn. δRF Mômen có thể tính theo sóng từ thông tổng và sức A Φar từ động kích từ π Trục pha a T= p 2 Φ r F sin (δ RF ) 2 Phần 1 8
Mạch tương đương Khi khảo sát đáp ứng xác lập của máy ĐC cực ẩn trong điều kiện cân bằng, ảnh hưởng của từ thông phản ứng phần ứng được biểu diễn bằng một điện cảm. Như đã phân tích ở mục trước, từ thông khe hở tổng Φr được coi là tổng vectơ của từ thông kích từ Φf và từ thông phản ứng phần ứng Φar. Nhìn từ phần ứng, các từ thông này thể hiện như các sức điện động: sđđ Φf Φar tổng Er coi như tổng của sđđ kích từ Ef Ef Φr và sđđ phản ứng phần ứng Ear. Vì Φar cùng pha với dòng phần ứng Ia, Ear trễ pha 90º so với Ia. Do đó, Ear r r r E f − jI a xϕ = Er Er Ia Phần 1 9
Mạch tương đương (tt) xϕ đại diện cho phản ứng phần ứng, và thường được gọi là điện kháng phản ứng phần ứng, hay điện kháng từ hóa. Sức điện động khe hở chênh lệch với điện áp đầu cực một lượng bằng điện áp rơi trên điện trở và điện kháng tản phần ứng (tính cho một pha). Mạch tương đương 1 pha của máy ĐB cực ẩn trong điều kiện cân bằng được biểu diễn dưới đây (xs = xϕ + xl được gọi là điện kháng đồng bộ). xl thường có giá trị 0,1 – 0,2 pu, và xs khoảng 1 pu với máy cỡ vài trăm kVA trở lên. Khi kích thước máy giảm thì giá trị tương đối của ra và xs tăng lên. xϕ xl ra xs ra Er Ut Ut Ef Ef Phần 1 10
Đặc tính không tải (hở mạch) Đặc tính hở mạch của máy ĐB là quan hệ điện áp đầu cực Ut khi hở mạch theo dòng kích từ. Quan hệ này thường được biểu diễn trong hệ pu, với điện áp đơn vị là điện áp định mức, và dòng kích từ đơn vị là dòng kích từ ứng với điện áp định mức trên đặc tính khe hở. Trong thực tế, người ta sẽ quay máy ĐB và đo điện áp phần ứng khi hở mạch tương ứng với một số giá trị dòng kích từ. Tổn hao thép hở mạch Khe hở Tổn hao quay không Điện áp tương đối tải bao gồm tổn hao ma Hở mạch sát, thông gió, và tổn hao lõi thép ứng với từ thông không tải Điện áp hở mạch Kích từ tương đối Phần 1 11
Đặc tính ngắn mạch Đặc tính ngắn mạch của máy phát ĐB là quan hệ dòng điện phần ứng khi ngắn mạch các pha theo dòng kích từ. Ứng với một giá trị kích từ, r r r r E f = I a (ra + jxs ) Er = I a (ra + jxl ) Vì ra
Đặc tính ngắn mạch Bỏ qua điện trở phần ứng, điện kháng đồng bộ không bão hòa có thể tính bởi xs (ag ) = E f (ag ) I a ( sc ) (ag) chỉ điều kiện đặc tính khe hở. Ở điều kiện làm việc gần với định mức, điện kháng đồng bộ có thể tính theo xs = U t I a ( sc ) ' Có thể chứng minh được điện kháng đồng bộ bão hòa (pu) bằng nghịch đảo của tỷ số ngắn mạch SCR, với SCR = Of ' Of " Phần 1 13
Đặc tính ngắn mạch (tt) Ut định mức Dòng phần ứng ngắn mạch Tổn hao ngắn mạch bao gồm tổn Ia định Điện áp hở mạch mức hao cơ do ma sát và thông gió, và tổn hao do dòng phần ứng. Từ đó có thể tìm được tổn hao do dòng phần ứng khi ngắn mạch, thường gọi là tổn hao tải ngắn mạch. Tổn hao tải ngắn mạch bao gồm tổn hao đồng trong dây quấn phần ứng, tổn hao lõi thép cục bộ do từ thông tản phần ứng, và tổn hao lõi thép rất nhỏ do từ thông tổng. Phần 1 14
Đặc tính ngắn mạch (tt) Có thể đo điện trở DC và hiệu chỉnh theo nhiệt độ để tính tổn hao điện trở DC. Hiệu của tổn hao tải ngắn mạch và tổn hao điện trở DC sẽ là tổn hao do hiệu ứng bề mặt và dòng xoáy trong các thanh dẫn phần ứng cộng với tổn hao lõi thép cục bộ do từ thông tản phần ứng. Phần này được gọi là tổn hao phụ và thường được coi là không đổi giữa các điều kiện vận hành bình thường và ngắn mạch. Điện trở hiệu dụng của phần ứng được coi tương ứng với tổn hao tải ngắn mạch ở dòng ngắn mạch đã cho. ∆Pl _ sc ra = 2 I a ( sc ) Phần 1 15
Đặc tính công suất – góc ở trạng thái xác lập Dưới đây khảo sát một hệ đơn giản. Dựa vào mạch tương đương, có thể thấy đây là trường hợp riêng của bài toán giới hạn công suất truyền qua một trở kháng. Công suất P2 truyền sang phía tải E2 R I jX P2 = E2 I cos(ϕ2 ) E1 E2 I = 1 ∠(δ − φZ ) − 2 ∠(− φZ ) E E Z Z E1 jXI δ E2 RI I Phần 1 16
Đặc tính công suất – góc ở trạng thái xác lập (tt) Phần thực của vế phải chính là hình chiếu của I lên phương của E2 I cos(ϕ 2 ) = cos(δ − φZ ) − 2 cos(φZ ) = 1 cos(δ − φZ ) − 2 R E1 E E E Z Z Z Z2 2 2 cos(δ − φZ ) − 2 R = sin (δ + α Z ) − 2 R E1 E2 E2 E1 E2 E2 P2 = Z Z Z Z với αZ = 90 – φZ = arctan(R/X), thường có giá trị rất nhỏ. Tương tự, E12 sin (δ − α Z ) + 2 R E1E2 P= 1 Z Z Bỏ qua điện trở phần ứng, sin (δ ) E1 E2 P = P2 = 1 X Nếu các điện áp không đổi và bỏ qua điện trở, công suất cực đại là E1E2/X. Phần 1 17
Các đặc tính xác lập Các đặc tính xác lập: tương quan giữa điện áp đầu cực, dòng kích từ, hệ số công suất, và hiệu suất. Đặc tính điều chỉnh: đường cong cho thấy dòng kích từ cần thiết để duy trì điện áp đầu cực định mức khi tải thay đổi (với nhiều PF khác nhau). Kích từ cần thiết để duy trì Ut định mức Điện áp đầu cực Tải định mức Tải, kVA hoặc dòng phần ứng Dòng phần ứng Phần 1 18
Các đặc tính xác lập (tt) Các máy phát ĐB thường được định mức theo kVA tải tối đa ở điện áp và hệ số công suất cụ thể mà chúng có thể vận hành liên tục và không phát nóng quá mức. Công suất tác dụng phát ra thường bị giới hạn ở một giá trị nằm trong định mức kVA do khả năng của động cơ sơ cấp. Do hệ thống ổn định điện áp, máy thường hoạt động trong dải điện áp ± 5% điện áp định mức. Khi công suất tác dụng và điện áp cố định, công suất phản kháng khả dụng bị giới hạn bởi sự phát nóng của phần ứng (PF = 0,85 – 1) hay phần kích từ (PF thấp). Phần 1 19
Các đặc tính xác lập (tt) Hệ số công suất, và dòng phần ứng tương ứng, của một máy ĐB có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi kích từ. Đường cong hình V là quan hệ giữa dòng phần ứng và dòng kích từ ở điện áp đầu cực định mức và công suất tác dụng không đổi. Dòng phần ứng đạt giá trị nhỏ nhất khi hệ số công suất bằng 1, và tăng lên khi hệ số công suất giảm. Các đường đứt nét là quỹ tích của các điểm có PF bằng nhau, chúng là đặc tính điều chỉnh của động cơ ĐB, cho thấy sự thay đổi của dòng kích từ để giữ cho PF là hằng số. Phần 1 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2430 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.