Chương 27 Quá trình quá độ trong máy điện đồng bộ

Chia sẻ: Nguyenvan Do | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

127
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

27-1. Đại cương Khi có những thay đổi đột ngột về chế độ làm việc của máy điện đồng bộ như nhận tải, mất tải, ngắn mạch trong hệ thống điện, ... thì trong máy điện đồng bộ sẽ xuất hiện các quá trình quá độ khác nhau. Nếu các máy điện đồng bộ làm việc trong cùng một hệ thống điện lực, các quá trình quá độ xảy ra trong một máy có thể ảnh hưởng rất nhiều đến sự làm việc của các máy khác. ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 27 Quá trình quá độ trong máy điện đồng bộ

Ch¬ng 27 Qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong m¸y ®iÖn ®ång bé 27-1. §¹i c¬ng Khi cã nh÷ng thay ®æi ®ét ngét vÒ chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y ®iÖn ®ång bé nh nhËn t¶i, mÊt t¶i, ng¾n m¹ch trong hÖ thèng ®iÖn, ... th× trong m¸y ®iÖn ®ång bé sÏ xuÊt hiÖn c¸c qu¸ tr×nh qu¸ ®é kh¸c nhau. NÕu c¸c m¸y ®iÖn ®ång bé lµm viÖc trong cïng mét hÖ thèng ®iÖn lùc, c¸c qu¸ tr×nh qu¸ ®é x¶y ra trong mét m¸y cã thÓ ¶nh hëng rÊt nhiÒu ®Õn sù lµm viÖc cña c¸c m¸y kh¸c. §Æc biÖt lµ khi x¶y ra ng¾n m¹ch trong hÖ thèng ®iÖn th× qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong thêi gian rÊt ng¾n kho¶ng vµi gi©y hoÆc Ýt h¬n tõ khi b¾t ®Çu x¶y ra ng¾n m¹ch ®Õn khi thµnh lËp chÕ ®é ng¾n m¹ch x¸c lËp - cßn gäi lµ ng¾n m¹ch ®ét nhiªn - víi dßng ®iÖn xung vµ lùc ®iÖn tõ rÊt lín cã thÕ x¶y ra nh÷ng sù cè nghiªm träng ®Õn c¸c m¸y ph¸t ®iÖn cïng c¸c thiÕt bÞ ®iÖn kh¸c vµ dÉn ®Õn hËu qu¸ tai h¹i lµ ngõng cung cÊp ®iÖn cho c¸c hé tiªu thô ®iÖn. HiÖn tîng x¶y ra ë m¸y ®iÖn ®ång bé trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é lóc ng¾n m¹ch ®ét nhiªn kh¸c víi khi ng¾n m¹ch x¸c lËp, v× lóc ®ã dßng ®iÖn ba pha vµ c¸c dßng ®iÖn ë r«to ®Òu thay ®æi vµ cã liªn quan chÆt chÏ víi nhau vµ tèc ®é quay r«to thêng kh«ng ph¶i lµ h»ng sè. C¸c qu¸ tr×nh qu¸ ®é nãi chung còng nh khi ng¾n m¹ch ®ét nhiªn nãi riªng cña m¸y ®iÖn ®ång bé ®Òu ®îc biÓu thÞ b»ng hÖ thèng ph¬ng tr×nh vi ph©n phøc t¹p. V× vËy viÖc ph©n tÝch chóng chÆt chÏ b»ng to¸n häc gÆp nhiÒu khã kh¨n. ë ®©y vÊn ®Ò ®îc nghiªn cøu dùa chñ yÕu vµo hiÖn tîng vËt lý vµ chØ kÕt hîp mét phÇn víi ph¬ng ph¸p ph©n tÝch to¸n häc. Trong khi ph©n tÝch qu¸ tr×nh qu¸ ®é lóc ng¾n m¹ch ®ét nhiªn cÇn chó ý r»ng, ®iÖn trë cña c¸c d©y quÊn trong m¸y ®iÖn ®ång bé rÊt nhá so víi c¸c ®iÖn kh¸ng, nªn thêng kh«ng cã t¸c dông quyÕt ®Þnh ®Õn trÞ sè ban ®Çu cña c¸c dßng ®iÖn ë stato vµ r«to, mµ chØ khiÕn cho thµnh phÇn tù do cña c¸c dßng ®iÖn ®ã gi¶m dÇn theo thêi gian cña qu¸ tr×nh qu¸ ®é. V× vËy khi x¸c ®Þnh trÞ sè ban ®Çu cña c¸c dßng ®iÖn ng¾n m¹ch, cã thÓ gi¶ thiÕt r»ng ®iÖn trë cña c¸c d©y quÊn b»ng kh«ng, nghÜa lµ c¸c d©y quÊn ®ã lµ c¸c m¹ch ®iÖn siªu dÉn. §èi víi m¹ch ®iÖn siªu dÉn nÕu tõ th«ng mãc vßng ban ®Çu ψ0 xuyªn qua nã biÕn dψ 0 ®æi th× trong nã sÏ sinh ra s.®.®. e = − . Dßng ®iÖn i do E t¹o nªn sÏ sinh ra trong dt m¹ch ®iÖn s.®.®. tù c¶m: dψ di eσ = − Lσ =− σ dt dt trong ®ã: Lσ - hÖ sè tù c¶m cña m¹ch ®iÖn; ψσ - tõ th«ng mãc vßng tù c¶m do dßng ®iÖn i sinh ra. øng dông ®Þnh luËt Ohm cho m¹ch ®iÖn víi ®iÒu kiÖn ®iÖn trë r = 0 v× lµ m¹ch ®iÖn siªu dÉn, ta cã: e + eσ = 0 Tõ ®ã suy ra ®îc : ψ0 + ψσ = const (27-1) nghÜa lµ tõ th«ng mãc vßng víi m¹ch ®iÖn siªu dÉn lµ kh«ng ®æi. 167 Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL
Ngoµi ra ®Ó dÔ dµng cho viÖc ph©n tÝch qu¸ tr×nh qu¸ ®é lóc ng¾n m¹ch ®ét nhiªn, ta giíi h¹n vÊn ®Ò trong c¸c ®iÒu kiÖn sau: a. Tèc ®é quay cña r«to kh«ng ®æi. b. Ng¾n m¹ch x¶y ra ë ®Çu cùc khi m¸y ph¸t ®iÖn ®ang lµm viÖc kh«ng t¶i (I = 0) trong líi ®iÖn ®éc lËp víi ®iÖn ¸p kÝch thÝch Ut = const. Ta chó ý r»ng, trêng hîp ng¾n m¹ch x¶y ra ë trªn ®êng d©y cã thÓ ®a vÒ trêng hîp ng¾n m¹ch ë ®Çu cùc m¸y ph¸t nÕu xem nh lóc ®ã ®iÖn kh¸ng cña m¸y bao gåm c¶ ®iÖn kh¸ng cña ®êng d©y. 27-2. Ng¾n m¹ch ®ét nhiªn ba pha cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé 27.2.1. HiÖn tîng vËt lý x¶y ra trong m¸y ®iÖn ®ång bé khi ng¾n m¹ch ®ét nhiªn ba pha Gi¶ thö ë thêi ®iÓm x¶y ra ng¾n m¹ch ®ét nhiªn (t = 0), vÞ trÝ cùc tõ ®èi víi c¸c d©y quÊn ba pha A-X, B-Y, C-Z nh trªn h×nh 27-1a. Lóc ®ã trôc cùc tõ d vµ trôc a cña pha A lµm thµnh mét gãc α vµ nh vËy tõ th«ng mãc vßng xuyªn qua c¸c pha sÏ lµ: ψA = ψt cosα ψB = ψt cos(1200 - α) (27-2) ψc = ψt cos(2400 - α) trong ®ã: ψt lµ tõ th«ng mãc vßng cña cùc tõ víi d©y quÊn khi trôc cùc tõ vµ trôc d©y quÊn trïng nhau. H×nh 27-1. Tõ trêng cña cùc tõ (a), cña thµnh phÇn dßng ®iÖn kh«ng chu kú (b) vµ cña thµnh phÇn dßng ®iÖn chu kú (c) cña phÇn øng lóc b¾t ®Çu ng¾n m¹ch tù nhiªn Ta sÏ lÇn lît ph©n tÝch quy luËt biÕn ®æi cña c¸c dßng ®iÖn ë d©y quÊn stato vµ c¸c dßng ®iÖn ë c¸c d©y quÊn kÝch thÝch vµ d©y quÊn c¶n trªn r«to. a. Dßng ®iÖn ë d©y quÊn stato Víi gi¶ thiÕt ®iÖn trë cña c¸c pha r = 0, nghÜa lµ c¸c pha A, B, C lµ nh÷ng m¹ch ®iÖn siªu dÉn th× sau khi x¶y ra ng¾n m¹ch ®ét nhiªn tõ th«ng mãc vßng víi c¸c pha ψA, ψB, ψC ph¶i lµ kh«ng ®æi. Muèn vËy dßng ®iÖn trong c¸c pha A, B, C ph¶i gåm cã 168 Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL
hai thµnh phÇn. Thµnh phÇn thø nhÊt lµ thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu i= ®Ó duy tr× tõ th«ng mãc vßng ψA, ψB, ψC nh theo biÓu thøc (27-2) ë thêi ®iÓm t = 0: iA = im cosα iB = imcos(1200 - α) (27-3) ic = im cos(240 - α) 0 Trong ®ã Im lµ trÞ sè lín nhÊt cã thÓ cã cña thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu øng víi trôc cùc tõ trïng víi trôc cña pha ®ã. Nh vËy thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu i= ë c¸c pha vµ tõ th«ng do chóng sinh ra nh trªn c¸c h×nh 27-1b vµ 27-2. Thµnh phÇn thø hai lµ thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu i~ ®Ó sinh ra tõ th«ng ph¶n øng däc trôc khö tõ Φ d quay ®ång bé víi r«to ®Ó khiÕn cho sau khi x¶y ra ng¾n m¹ch, tæng tõ th«ng cùc tõ Φ t vµ tõ th«ng ph¶n øng däc trôc Φ d ë khe hë lµ b»ng kh«ng. Thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu ë c¸c pha vµ tõ th«ng ph¶n øng däc trôc khö tõ do chóng sinh ra ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 27-1c vµ 27-2. KÕt qu¶ dßng ®iÖn trong c¸c pha iA, iB, iA iA= iA iC - tæng cña thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu vµ thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu cã d¹ng nh trªn h×nh 27-2. V× khi x¶y ra 0 ng¾n m¹ch, m¸y ®iÖn lµm viÖc kh«ng t¶i, dßng ®iÖn c¸c pha b»ng kh«ng nªn ë thêi iA~ ®iÓm t = 0 c¸c thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu vµ xoay chiÒu ph¶i b»ng nhau vÒ trÞ iB sè vµ kh¸c nhau vÒ dÊu. iB= iB~ CÇn chó ý r»ng v× c¸c d©y quÊn kÝch 0 thÝch vµ d©y quÊn c¶n còng lµ siªu dÉn (rt = rc= 0), nªn trong chóng còng sinh ra dßng iB~ ®iÖn ®Ó chèng l¹i tõ th«ng phÇn øng Φ d xuyªn qua chóng, kÕt qu¶ lµ tõ th«ng phÇn iC øng ph¶i ®i theo m¹ch t¶n tõ cña c¸c d©y iC~ quÊn ®ã nh tr×nh bµy trªn h×nh 27-3a. Lóc t ®ã quan hÖ hç c¶m gi÷a c¸c d©y quÊn phÇn quÊn tÜnh, d©y quÊn kÝch thÝch vµ d©y quÊn 0 c¶n t¬ng tù nh quan hÖ ®iÖn tõ trong m¸y iC= iC biÕn ¸p ba d©y quÊn, trong ®ã c¸c d©y quÊn kÝch thÝch vµ d©y quÊn c¶n bÞ nèi t¾t. M¹ch H×nh 27-2. §êng biÓu diÔn c¸c dßng ®iÖn thay thÕ t¬ng øng ®îc tr×nh bµy trªn ® iÖn ng¾n m¹ch ®ét nhiªn cña c¸c pha h×nh 27-4a vµ ®iÖn kh¸ng ®Çu vµo cña m¹ch khi c¸c d©y quÊn lµ siªu dÉn ®iÖn cßn gäi lµ ®iÖn kh¸ng siªu qu¸ ®é däc trôc b»ng: 1 x d' = xσ + (27-4) ' 1 1 1 + + x d xσt xσcd trong ®ã: xd - ®iÖn kh¸ng ph¶n øng phÇn øng däc trôc; 169 Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL
xσ, xσt, xσcd - c¸c ®iÖn kh¸ng t¶n cña d©y quÊn phÇn øng, d©y quÊn kÝch thÝch vµ d©y quÊn c¶n däc trôc. b. Dßng ®iÖn ë c¸c d©y quÊn cña r«to Tríc lóc ng¾n m¹ch, chØ φ’d φ”d cã tõ th«ng cùc tõ Φ t sinh ra bëi dßng ®iÖn ito xuyªn qua c¸c d©y quÊn kÝch thÝch vµ d©y quÊn c¶n ®Æt ë r«to. Sau khi x¶y ra ng¾n m¹ch, r«to tiÕp tôc quay víi tèc ®é ®ång bé vµ nh vËy tõ th«ng ®øng yªn trong kh«ng gian sinh ra bëi b) a) thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu trong d©y quÊn stato sÏ H×nh 27-3. Tõ trêng do thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu lóc b¾t ®Çu ng¾n m¹ch ®ét nhiªn (a) vµ sau khi xuyªn qua c¸c d©y quÊn kÝch dßng ®iÖn trong d©y quÊn c¶n ®· gi¶m ®Õn kh«ng (b) thÝch vµ d©y quÊn c¶n theo mét quy luËt h×nh sin. MÆt kh¸c, tõ th«ng ph¶n øng däc trôc khö tõ do c¸c thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu trong d©y quÊn stato quay ®ång bé vµ kh«ng ®æi so víi r«to còng xuyªn qua c¸c d©y quÊn kÝch thÝch vµ d©y quÊn c¶n. Víi gi¶ thiÕt c¸c d©y quÊn nµy lµ c¸c m¹ch ®iÖn siªu dÉn (rt = rc = 0), tõ th«ng xuyªn qua chóng vÉn lµ Φt nh tríc lóc x¶y ra ng¾n m¹ch, nªn trong chóng sÏ ph¶i sinh ra hai thµnh phÇn dßng xσ ®iÖn: thµnh phÇn thø nhÊt lµ thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu ®Ó sinh ra tõ th«ng xoay chiÒu h×nh sin b»ng vÒ xσcd xd x σt trÞ sè vµ ngîc víi dÊu ®èi víi tõ th«ng cña d©y quÊn stato xuyªn qua r«to theo quy luËt h×nh sin, vµ thµnh a) phÇn thø hai lµ thµnh phÇn dßng ®iÖn xσ mét chiÒu ®Ó sinh ra tõ th«ng kh«ng ®æi b»ng vÒ trÞ sè vµ ngîc vÒ dÊu ®èi víi tõ th«ng ph¶n øng khö tõ däc trôc xd xσt cña d©y quÊn stato. KÕt qu¶ lµ khi x¶y ra ng¾n m¹ch ®ét nhiªn, dßng ®iÖn kÝch tõ vµ dßng b) ®iÖn trong d©y quÊn c¶n - tæng cña c¸c thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu H×nh 27-4. S¬ ®å tÝnh ®iÖn kh¸ng siªu qu¸ ®é vµ mét chiÒu ®îc biÓu diÔn nh trªn däc trôc (a) vµ ®iÖn kh¸ng qu¸ ®é däc trôc (b) h×nh 27-5. Tõ nh÷ng ph©n tÝch nãi trªn ta thÊy khi x¶y ra ng¾n m¹ch ®ét nhiªn, c¸c dßng ®iÖn trong d©y quÊn stato vµ r«to ®Òu bao gåm c¸c thµnh phÇn chu kú vµ kh«ng chu kú vµ cã liªn quan chÆt chÏ víi nhau: thµnh phÇn chu kú cña c¸c dßng ®iÖn ë r«to víi thµnh phÇn kh«ng chu kú cña dßng ®iÖn ë stato vµ thµnh phÇn kh«ng chu kú cña c¸c dßng ®iÖn ë r«to víi c¸c thµnh phÇn chu kú cña c¸c dßng ®iÖn ë stato. Trªn thùc tÕ ®iÖn trë cña c¸c d©y quÊn r, rt, rc ≠ 0, v× vËy c¸c dßng ®iÖn ®Òu gi¶m dÇn theo thêi gian. §iÖn trë cña d©y quÊn phÇn øng r ≠ 0, v× vËy thµnh phÇn mét chiÒu cña dßng ®iÖn trong d©y quÊn stato gi¶m dÇn ®Õn trÞ sè kh«ng (®êng 1 trªn h×nh 170 Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL
27-6b), tõ th«ng mét chiÒu do chóng sinh ra còng gi¶m dÇn ®Õn kh«ng vµ do ®ã thµnh phÇn xoay chiÒu cña c¸c dßng ®iÖn trong d©y dÉn kÝch thÝch vµ d©y quÊn c¶n còng gi¶m t¬ng øng tíi trÞ sè kh«ng (®êng 2 trªn c¸c h×nh 27-6c vµ d). §iÖn trë cña d©y it iC iC it iC= iC= it= ito 0 t ito it= iC∼ t 0 it∼ a) b) H×nh 27-5: ®êng biÓu diÔn c¸c dßng ®iÖn trong d©y quÊn kÝch thÝch (a) vµ d©y quÊn c¶n (b) lóc ng¾n m¹ch ®ét nhiªn víi c¸c d©y quÊn lµ siªu dÉn quÊn c¶n rc t¬ng ®èi lín nªn thµnh phÇn mét chiÒu cña dßng ®iÖn trong d©y quÊn c¶n gi¶m nhanh ®Õn trÞ sè kh«ng (®êng 1 trªn h×nh 27-6d). Tõ th«ng do nã sinh ra còng gi¶m ®Õn trÞ sè kh«ng, do ®ã tõ th«ng ph¶n øng däc trôc kh ö tõ b¾t ®Çu xuyªn qua d©y quÊn c¶n nh tr×nh bµy trªn h×nh 27-3b. Thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu trong d©y quÊn stato sinh ra tõ th«ng ph¶n øng däc trôc còng sÏ gi¶m t¬ng øng. it i~ 1 2 it= 0 t it0 t 0 c) a) i iC 2 1 1 2 iC= t t 0 0 b) d) H×nh 27-6. §êng biÓu diÔn dßng ®iÖn trong c¸c d©y quÊn cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé khi ng¾n m¹ch ®ét nhiªn Gièng nh thµnh phÇn mét chiÒu trong d©y quÊn c¶n, thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu trong d©y quÊn kÝch tõ còng gi¶m dÇn nhng chËm h¬n ®Õn trÞ sè ban ®Çu ito 171 Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL
(®êng 1 trªn h×nh 27-6c) do ®iÖn trë cña d©y quÊn kÝch thÝch nhá h¬n ®iÖn trë cña d©y quÊn c¶n (rt < rc). Tõ th«ng do nã sinh ra còng gi¶m theo. KÕt qu¶ lµ tõ th«ng ph¶n øng phÇn øng sÏ xuyªn qua d©y quÊn kÝch tõ (h×nh 27-1c) vµ chÕ ®é ng¾n m¹ch x¸c lËp b¾t ®Çu. Thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu trong d©y quÊn stato sinh ra tõ th«ng ph¶n øng däc trôc còng gi¶m t¬ng øng ®Õn trÞ sè cuèi cïng lµ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp. Sù gi¶m dÇn cña thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu trong d©y quÊn stato t¬ng øng víi sù gi¶m dÇn cña c¸c thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu trong d©y quÊn c¶n vµ d©y quÊn kÝch tõ ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 27-6a. Tæng cña c¸c thµnh phÇn mét chiÒu vµ xoay chiÒu cña c¸c dßng ®iÖn trong c¸c d©y quÊn phÇn øng, d©y quÊn kÝch tõ vµ d©y quÊn c¶n khi xÐt ®Õn sù gi¶m dÇn cña c¸c dßng ®iÖn do t¸c dông cña ®iÖn trë cña c¸c d©y quÊn ®îc tr×nh bµy b»ng ®êng 2 trªn c¸c h×nh 27-6b, c vµ d, cho thÊy sù biÓu diÔn thùc tÕ cña c¸c dßng ®iÖn trong c¸c d©y quÊn cña m¸y ®iÖn ®ång bé trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é lóc ng¾n m¹ch ®ét nhiªn. CÇn chó ý r»ng khi tõ th«ng ph¶n øng däc trôc xuyªn qua d©y quÊn c¶n nh tr×nh bµy trªn h×nh 27-3b, th× quan hÖ hç c¶m gi÷a d©y quÊn phÇn tÜnh vµ d©y quÊn kÝch tõ nh cña m¸y biÕn ¸p hai d©y quÊn, trong ®ã d©y quÊn kÝch tõ bÞ nèi t¾t. M¹ch ®iÖn thay thÕ t¬ng øng ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 27-4b vµ ®iÖn kh¸ng ®Çu vµo cña nã ®îc gäi lµ ®iÖn kh¸ng qu¸ ®é däc trôc vµ b»ng: 1 x d = xσ + (27-5) ' 1 1 + x d xσt 27.2.2. BiÓu thøc to¸n häc dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®ét nhiªn ba pha Nh ®· nãi trªn, khi x¶y ra ng¾n m¹ch ®ét nhiªn trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é, gi÷a c¸c d©y quÊn stato vµ r«to cã sù liªn hÖ ®iÖn tõ chÆt chÏ nh trong m¸y biÕn ¸p. NÕu bá qua ®iÖn trë cña c¸c d©y quÊn th× c¸c ph¬ng tr×nh ®iÖn ¸p cña c¸c d©y quÊn phÇn øng, d©y quÊn kÝch tõ vµ d©y quÊn c¶n sÏ lÇn lît nh sau: di ωe x d + xσ dt x d x d dit 0= x d + xσt (27-6) x d x d dt x d + xσcd 0 x d x d dicd dt trong ®ã: xб, xσt , xσcd - ®iÖn kh¸ng t¶n cña d©y quÊn phÇn øng, d©y quÊn kÝch tõ vµ d©y quÊn c¶n híng däc trôc. Gi¶i hÖ ph¬ng tr×nh vi ph©n (27-6) víi t = 0, i = 0, ic = 0, it = ito ta sÏ cã c¸c dßng ®iÖn i, it, ic. KÕt qu¶ ®èi víi dßng ®iÖn ng¾n m¹ch qu¸ ®é trong d©y quÊn phÇn tÜnh nh sau: 2E 2E i=− cos(ωt + α ) + '' cos α (27-7) '' xd xd trong ®ã: α - gãc hîp bëi trôc cùc tõ vµ trôc d©y quÊn pha ®îc xÐt lóc x¶y ra ng¾n m¹ch. Tõ biÓu thøc (27-7) ta thÊy dßng ®iÖn i lµ tæng cña thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu biÕn ®æi h×nh sin theo thêi gian víi biªn ®é kh«ng ®æi vµ thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu cã trÞ sè kh«ng ®æi. 172 Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL
Trªn thùc tÕ c¸c d©y quÊn phÇn øng, d©y quÊn kÝch tõ vµ d©y quÊn c¶n ®Òu cã ®iÖn trë, nªn hai thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu vµ mét chiÒu nãi trªn ®Òu gi¶m theo thêi gian vµ sau qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong d©y quÊn phÇn øng sÏ cßn l¹i dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp. Nh ®· ph©n tÝch ë trªn, thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu cña (27-7) gi¶m dÇn, phô thuéc vµo sù gi¶m cña thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu trong d©y quÊn c¶n (víi h»ng sè thêi gian siªu qu¸ ®é Td’’) vµ cña thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu trong d©y quÊn kÝch tõ (víi h»ng sè thêi gian qu¸ ®é Td’). §Ó thÊy râ ®iÒu ®ã cã thÓ viÕt thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu ®ã díi d¹ng:  1 1  1  2E 1 1 cos(ωt + α ) =  2 E  '' − '  + 2 E  '' −  + 2 E  cos(ωt + α ) x  x  '  xd   d xd   d xd  xd   (27-8) trong ®ã sè h¹ng thø nhÊt cña vÕ ph¶i gi¶m dÇn theo h»ng sè thêi gian siªu qu¸ ®é Td’’ vµ sè h¹ng thø hai gi¶m theo h»ng sè qu¸ ®é Td’. Thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu trong biÓu thøc (27-7) sÏ gi¶m dÇn theo h»ng sè thêi gian cña d©y quÊn phÇn tÜnh T. Nh vËy, khi xÐt ®Õn ®iÖn trë cña c¸c d©y quÊn, dßng ®iÖn ng¾n m¹ch trong thêi gian qu¸ ®é sÏ gi¶m dÇn vµ ®îc biÓu thÞ nh sau:  1 −t −t −t 1 1  Td'' 1 1  Td' 2E i = −  2 E  '' − '  e + 2 E  ' − e + 2 E  cos( ω t + α ) + '' cos αe Tu , x  x   xd   d xd   d xd  xd   (27-9) Trong biÓu thøc (27-9), h»ng sè thêi gian siªu qu¸ ®é Td’’ phô thuéc vµo tèc ®é gi¶m cña thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu trong d©y quÊn c¶n, do ®ã: ,, x cd Td'' = (27-10) ωrcd trong ®ã: x cd - ®iÖn kh¸ng däc trôc cña d©y quÊn c¶n ®· quy ®æi vÒ phÇn tÜnh khi d©y '' quÊn kÝch tõ vµ d©y quÊn phÇn tÜnh nèi t¾t (qua líi ®iÖn). T¬ng tù nh ®iÖn kh¸ng siªu qu¸ ®é däc trôc cña d©y quÊn phÇn øng (27-4), ta cã: 1 xcd = xσc + (27-11) '' 1 1 1 + + x d xσ xσt rcd - ®iÖn trë däc trôc cña d©y quÊn c¶n quy ®æi vÒ d©y quÊn phÇn tÜnh. H»ng sè thêi gian qu¸ ®é Td’ phô thuéc vµo tèc ®é gi¶m cña thµnh phÇn dßng ®iÖn mét chiÒu trong d©y quÊn kÝch tõ vµ cã trÞ sè: ' xtd Td' = (27-12) ωrt trong®ã: xtd - ®iÖn kh¸ng quy ®æi vÒ phÇn tÜnh cña d©y quÊn kÝch tõ, d©y quÊn phÇn ' tÜnh bÞ nèi t¾t (qua líi ®iÖn). T¬ng tù nh ®èi víi ®iÖn kh¸ng qu¸ ®é cña d©y quÊn phÇn øng (27-5), ta cã: 173 Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL
1 xtd = xσt + (27-13) ' 1 1 + x d xσ rt - ®iÖn trë qui ®æi vÒ phÇn tÜnh cña d©y quÊn kÝch tõ. H»ng sè thêi gian t¾t dÇn cña thµnh phÇn mét chiÒu cña dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®ét nhiªn cã trÞ sè: x ' ' Tu = (27-14) ωr trong ®ã: r - ®iÖn trë cña d©y quÊn phÇn tÜnh; x ' - ®iÖn kh¸ng do tõ trêng cña thµnh phÇn dßng ®iÖn kh«ng chu kú cña phÇn ' tÜnh. Mét c¸ch gÇn ®óng cã thÓ cho r»ng: xd + xq ' ' x≈ ≈ x2 '' (27-15) 2 v× khi quay trong tõ trêng ®øng yªn cña thµnh phÇn dßng ®iÖn kh«ng chu kú nãi trªn, r«to thay ®æi vÞ trÝ däc trôc vµ ngang trôc mét c¸ch tuÇn hoµn gièng nh ®èi víi tõ trêng thø tù ngîc [ xem 24.2.2, biÓu thøc (24-9) ]. Sù biÕn ®æi cña dßng ®iÖn i theo biÓu thøc (27-9) cã d¹ng nh ®· tr×nh bµy ë trªn h×nh 27-6b. Ta thÊy r»ng trÞ sè xung cña dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®ét nhiªn tøc lµ trÞ sè tøc thêi lín nhÊt x¶y ra vµo kho¶ng 0,01 gi©y (mét nöa chu kú) sau khi x¶y ra ng¾n m¹ch ®èi víi pha mµ α = 0 (®iÖn ¸p cña pha ®ã qua trÞ sè kh«ng). Lóc ®ã thµnh phÇn chu kú cña dßng ®iÖn cha kÞp gi¶m râ rÖt v× vËy cã thÓ viÕt gÇn ®óng:   −0.01 2E  T '',  = '' 1 + e (27-16) i xg  xd     −0 .01 T ' ', Thõa sè kxg = 1 + e ®îc gäi lµ hÖ sè xung cña dßng ®iÖn ng¾n m¹ch. Th«ng thêng kxg = 1,8. Ngoµi ra khi lµm viÖc cho phÐp U = 1,05U®m, v× vËy: 1,05.1,8 2U dm i xg = (27-17) xd' ' hay lµ trong hÖ t¬ng ®èi: i xg 1,05.1,8 i xg * = x d,* , 2 I dm Gi¶ thö x,d* = 0,10 th× ixg* = 18,9 vµ nh vËy trÞ sè xung cña dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®ét nhiªn rÊt lín. 27.2.3. ¶nh hëng cña ng¾n m¹ch ®ét nhiªn Ng¾n m¹ch ®ét nhiªn ¶nh hëng rÊt nguy h¹i ®Õn b¶n th©n m¸y ®iÖn ®ång bé vµ ®èi víi hÖ thèng ®iÖn lùc. §èi víi b¶n th©n m¸y ®iÖn, ng¾n m¹ch ®ét nhiªn sinh ra nh÷ng lùc ®iÖn tõ vµ m«men ®iÖn tõ rÊt lín, ngoµi ra cßn kÌm theo c¶ t¸c dông vÒ nhiÖt. Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®ét nhiªn nh ®· ph©n tÝch ë trªn, cã trÞ sè rÊt lín vµ lùc ®iÖn tõ tû lÖ víi b×nh ph¬ng cña dßng ®iÖn cã t¸c dông lªn phÇn ®Çu nèi cña phÇn tö vµ c¸c nhãm phÇn tö 174 Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL
cña c¸c pha kh¸c nhau mét c¸ch tuÇn hoµn, cã thÓ lµm háng c¸ch ®iÖn cña chóng ë chç s¸t ®Çu r·nh, thËm chÝ ph¸ tung c¶ phÇn ®Çu nèi. ChÝnh v× vËy mµ ®èi víi c¸c m¸y c«ng suÊt lín, khi thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o ph¶i ®¶m b¶o cè ®Þnh thËt chÆt c¸c phÇn ®Çu nèi ®Ó tr¸nh nh÷ng h háng nãi trªn. M«men ®iÖn tõ sinh ra do t¸c dông cña tõ th«ng kh«ng ®æi ë khe hë, víi thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu cña dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®ét nhiªn còng cã trÞ sè rÊt lín, cã thÓ gÊp h¬n mêi lÇn trÞ sè ®Þnh møc vµ cã thÓ lµm háng trôc m¸y vµ c¸c bul«ng b¾t chÆt th©n m¸y. V× vËy khi thiÕt kÕ cÇn ®Æc biÖt chó ý ®Õn c¸c bé phËn nµy. Khi ng¾n m¹ch ®ét nhiªn, tuy dßng ®iÖn ng¾n m¹ch rÊt lín nhng hiÖu øng nhiÖt kh«ng nguy hiÓm ®èi víi m¸y, v× thêi gian qu¸ ®é rÊt ng¾n, dßng ®iÖn ng¾n m¹ch t¾t rÊt nhanh, h¬n n÷a c¸c r¬le b¶o vÖ sÏ t¸c ®éng ngay ®Ó t¸ch m¸y ®iÖn ra khái chç ng¾n m¹ch. §èi víi hÖ thèng ®iÖn lùc, ng¾n m¹ch ®ét nhiªn cã thÓ ph¸ ho¹i sù lµm viÖc æn ®Þnh cña hÖ thèng, sinh ra hiÖn tîng qu¸ ®iÖn ¸p vµ hiÖn tîng nhiÔu cao tÇn. C¸c hiÖn tîng ®ã nh sau: Khi trªn ®êng d©y x¶y ra ng¾n m¹ch ®ét nhiªn, ®iÖn ¸p sÏ h¹ thÊp vµ c«ng suÊt cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé kh«ng truyÒn t¶i ®i ®îc. V× ®éng c¬ s¬ cÊp kÐo m¸y ph¸t ®iÖn cha kÞp ®iÒu chØnh gi¶m bít c«ng suÊt cña nã; kÕt qu¶ lµ trong m¸y ph¸t ®ång bé kh«ng cã sù c©n b»ng c«ng suÊt gi÷a ®Çu ra vµ ®Çu vµo, dÉn ®Õn tèc ®é cña m¸y ph¸t t¨ng vät lªn, m¸y sÏ mÊt ®ång bé vµ ph¸ ho¹i sù lµm viÖc æn ®Þnh cña hÖ thèng ®iÖn. Ng¾n m¹ch ®ét nhiªn kh«ng ®èi xøng sÏ sinh ra qu¸ ®iÖn ¸p ë pha kh«ng bÞ ng¾n m¹ch cña m¸y. TrÞ sè cña qu¸ ®iÖn ¸p do ng¾n m¹ch ®ét nhiªn cã thÓ gÊp 2 ÷ 3 lÇn ®iÖn ¸p ®Þnh møc g©y nguy hiÓm cho c¸c m¸y biÕn ¸p vµ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn kh¸c trong hÖ thèng ®iÖn. Khi x¶y ra ng¾n m¹ch ®ét nhiªn kh«ng ®èi xøng, trong d©y quÊn phÇn tÜnh sÏ xuÊt hiªn c¸c thµnh phÇn dßng ®iÖn ®iÒu hoµ bËc cao. Tõ trêng do c¸c dßng ®iÖn ®iÒu hoµ bËc cao ®ã sinh ra quanh ®êng d©y t¶i ®iÖn sÏ g©y nhiÔu ®èi víi c¸c ®êng d©y th«ng tin, ph¸ ho¹i sù lµm viÖc cña c¸c ®êng d©y ®ã. C©u hái 1. Ph©n tÝch sù liªn quan chÆt chÏ gi÷a c¸c thµnh phÇn dßng ®iÖn ë stato vµ c¸c thµnh phÇn dßng ®iÖn ë r«to khi ng¾n m¹ch ®ét nhiªn. 2. ý nghÜa vËt lý cña c¸c ®iÖn kh¸ng x,,d, x,d, x,,d, x,d. 3. ý nghÜa vËt lý cña c¸c h»ng sè thêi gian T,,d, T,d, T 4. Trong ®iÒu kiÖn nµo dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®ét nhiªn cña mét pha chÝnh lµ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp ? 175 Nguyễn Văn Đô - ĐHĐL