Giáo trình điện - Chương 11: M.B.A làm việc với tải không đối xứng và quá trình quá độ trong M.B.A

Chia sẻ: Nguyenvan Do | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

56
lượt xem 68
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình điện - chương 11: m.b.a làm việc với tải không đối xứng và quá trình quá độ trong m.b.a', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình điện - Chương 11: M.B.A làm việc với tải không đối xứng và quá trình quá độ trong M.B.A

Ch−¬ng 11 M.b.a lµm viÖc víi t¶i kh«ng ®èi xøng Vµ qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong m.b.a 11-1. §¹i c−¬ng M.b.a lµm viÖc kh«ng ®èi xøng khi t¶i ph©n phèi kh«ng ®Òu cho c¸c pha, vÝ dô: mét pha cung cÊp cho lß ®iÖn do ®ã t¶i nÆng h¬n pha kia hoÆc khi x¶y ra ng¾n m¹ch kh«ng ®èi xøng (ng¾n m¹ch hai pha, ng¾n m¹ch mét pha, ...). Dßng ®iÖn ë c¸c pha kh«ng c©n b»ng nhau g©y ¶nh h−ëng xÊu ®Õn t×nh tr¹ng lµm viÖc b×nh th−êng cña m.b.a nh−: ®iÖn ¸p d©y vµ pha sÏ kh«ng ®èi xøng, tæn hao phô trong d©y quÊn vµ lâi thÐp t¨ng lªn, ®é chªnh nhiÖt ®é cña m¸y v−ît qu¸ quy ®Þnh ... §Ó nghiªn cøu t×nh tr¹ng lµm viÖc kh«ng ®èi xøng cña m.b.a, ta dïng ph−¬ng ph¸p ph©n l−îng ®èi xøng. HÖ thèng dßng ®iÖn ba pha kh«ng ®èi xøng Ia, Ib, Ic ®−îc ph©n tÝch thµnh ba hÖ thèng dßng ®iÖn ®èi xøng: thø tù thuËn Ia1, Ib1, Ic1; thø tù ng−îc Ia2, Ib2, Ic2 vµ thø tù kh«ng Ia0, Ib0, Ic0. Quan hÖ gi÷a chóng nh− sau: Ia 11 1 I a0 = 1 a2 (11-1) Ib a I a1 2 1a a I a2 Ic I a0 11 1 Ia 1 = a2 vµ (11-2) I a1 1a Ib 3 1 a2 a Ic I a2 trong ®ã: a = e j120 , a 2 = e j 240 vµ 1 + a + a2 = 0. 0 0 Khi t¶i cña m.b.a kh«ng ®èi xøng, bao giê ta còng cã thÓ ph©n tÝch thµnh c¸c ph©n l−îng thø tù thuËn, thø tù ng−îc vµ thø tù kh«ng. Riªng ph©n l−îng thø tù kh«ng trong ba pha do cã trÞ sè b»ng nhau vµ trïng pha vÒ thêi gian nªn chØ tån t¹i khi d©y quÊn nèi Υ0 hoÆc ∆. CÇn chó ý r»ng, ph−¬ng ph¸p ph©n l−îng ®èi xøng dùa trªn c¬ së cña nguyªn lý xÕp chång. §Ó øng dông ®−îc nguyªn lý ®ã, ta gi¶ thiÕt r»ng m¹ch tõ cña m.b.a kh«ng b·o hoµ (µ = Cte). Ngoµi ra khi ph©n tÝch ta xem nh− ®· qui ®æi c¸c l−îng thø cÊp vÒ phÝa s¬ cÊp (®Ó ®¬n gi¶n ta bá qua dÊu phÈy). Qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong m.b.a x¶y ra khi cã sù thay ®æi ®ét ngét trong chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y, vÝ dô nh− khi thao t¸c ®ãng m¸y vµo nguån, khi t¶i thay ®æi hoÆc khi x¶y ra ng¾n m¹ch... Trong thêi gian rÊt ng¾n cña qu¸ tr×nh qu¸ ®é cã thÓ xuÊt hiÖn dßng ®iÖn rÊt lín hoÆc ®iÖn ¸p rÊt cao lµm háng d©y quÊn cña m.b.a, v× vËy cÇn ®−îc ph©n tÝch vµ chó ý khi thiÕt kÕ còng nh− khi vËn hµnh. Trong ch−¬ng nµy chóng ta sÏ ph©n tÝch hai hiÖn t−îng chÝnh: hiÖn t−îng qu¸ dßng ®iÖn vµ hiÖn t−îng qu¸ ®iÖn ¸p. 125
11-2. M¹ch ®iÖn thay thÕ vµ tæng trë cña m.b.a ®èi víi c¸c thµnh phÇn ®èi xøng HÖ thèng dßng ®iÖn thø tù thuËn chÝnh lµ hÖ thèng dßng ®iÖn ®èi xøng mµ m¹ch ®iÖn thay thÕ vµ c¸c tham sè cña m.b.a ®èi víi hÖ thèng dßng ®iÖn nµy ta ®· xÐt ë ch−¬ng 10. HÖ thèng dßng ®iÖn thø tù ng−îc trong m.b.a còng cã t¸c dông hoµn toµn gièng nh− hÖ thèng dßng ®iÖn thø tù thuËn bëi v× nÕu ®em ®¶o hai trong ba pha phÝa s¬ cÊp (thÝ dô B vµ C) vµ phÝa thø cÊp (thÝ dô b vµ c) th× hiÖn t−îng trong m.b.a kh«ng cã g× thay ®æi. V× vËy m¹ch ®iÖn thay thÕ vµ tham sè cña m.b.a ®èi víi hÖ thèng dßng ®iÖn thø tù ng−îc kh«ng cã g× kh¸c so víi hÖ thèng dßng ®iÖn thø tù thuËn. HÖ thèng dßng ®iÖn thø tù kh«ng ë ba pha sinh ra trong m.b.a c¸c tõ th«ng thø tù kh«ng Φto trïng pha nhau vÒ thêi gian. Trong tæ m.b.a ba pha, tõ th«ng Φto khÐp m¹ch trong lâi thÐp. Do tõ trë cña lâi thÐp nhá nªn ngay khi Iao = Ibo = Ico nhá còng cã thÓ sinh ra ®−îc Φto lín. Trong m.b.a ba pha ba trô, tõ th«ng Φto ph¶i khÐp m¹ch qua v¸ch thïng vµ dÇu m.b.a, ë ®ã cã tõ trë lín nªn tõ th«ng Φto nhá h¬n (h×nh 9-29b). Tõ th«ng Φto vµ Iao còng sinh ra trong c¸c d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp c¸c s.®.®. tù c¶m vµ hç c¶m, vµ ta còng cã thÓ thµnh lËp ®−îc m¹ch ®iÖn thay thÕ h×nh T t−¬ng tù nh− ®èi víi tr−êng hîp dßng ®iÖn thø tù thuËn. Ta h·y xÐt nh÷ng tr−êng hîp cã dßng ®iÖn thø tù kh«ng: khi m.b.a cã tæ nèi d©y quÊn Yo/Yo, Yo/∆ vµ Y/Yo nh− ë h×nh 11-1. 3Iao 3IAo 3IAo 3Iao Iao IAo Iao IAo A Iao a A a A a IBo Ibo IBo Ibo Ibo B B b b b ICo B ICo Ico Ico Ico C C c c c C Z1 Z2 Z1 Z2 Z1 Z2 Iao Iao IAo Iao IAo UAo Zmo Zmo UAo -Uao Zmo -Uao Imo Imo Imo Zn Zn Iao IAo IAo = - Iao -Uao UAo Z2 + Zmo -Uao UAo a) b) c) H×nh 11-1. C¸c m¹ch ®iÖn thay thÕ cña m.b.a ®èi víi thµnh phÇn thø tù kh«ng Khi m.b.a nèi Yo/Yo hoÆc Yo/∆, dßng ®iÖn thø tù kh«ng tån t¹i trong c¶ d©y quÊn s¬ cÊp vµ d©y quÊn thø cÊp, nªn d¹ng m¹ch ®iÖn thay thÕ cña m.b.a ®èi víi ph©n l−îng thø tù kh«ng kh«ng cã g× kh¸c víi d¹ng m¹ch ®iÖn thay thÕ cña ph©n l−îng thø tù 126
thuËn (h×nh 11-1a vµ b). CÇn chó ý r»ng, khi m.b.a ®Êu Yo/∆ th× dßng ®iÖn thø tù kh«ng phÝa thø cÊp kh«ng ch¹y ra ngoµi nªn m¹ch ®iÖn thay thÕ bÞ nèi t¾t ë phÝa thø cÊp. NÕu m.b.a ®Êu Y/Yo, do phÝa nèi Y kh«ng cã d©y trung tÝnh, dßng ®iÖn thø tù kh«ng kh«ng tån t¹i, nªn phÝa ®ã ®−îc xem nh− hë m¹ch (h×nh 11-1c). Trong c¸c m¹ch ®iÖn thay thÕ cña m.b.a ®èi víi ph©n l−îng thø tù kh«ng tr×nh bµy trªn h×nh 11-1, c¸c tæng trë Z1 = r1 + jx1 vµ Z2 = r2 + jx2 kh«ng cã g× kh¸c víi c¸c tæng trë t−¬ng øng cña ph©n l−îng thø tù thuËn vµ ng−îc. Tæng trë tõ ho¸ cña ph©n l−îng thø tù kh«ng zmo cã trÞ sè phô thuéc vµo cÊu t¹o cña m¹ch tõ. NÕu lµ tæ m.b.a ba pha th× zmo = zm. NÕu lµ m.b.a ba pha ba trô th× do Φto khÐp m¹ch qua dÇu vµ v¸ch thïng dÇu nªn zmo nhá h¬n, th−êng zmo = (7 ÷ 15)zn. T−¬ng tù nh− c¸c ph©n l−îng thø tù thuËn vµ ng−îc, s.®.®. thø tù kh«ng Eto do tõ th«ng Φto sinh ra cã thÓ ®−îc biÓu thÞ nh− sau: & & E to = − Z mo I mo (11-3) Trªn h×nh 11-1 còng tr×nh bµy c¸c m¹ch ®iÖn thay thÕ ®¬n gi¶n ho¸. ë c¸c tr−êng hîp ®Êu Yo/Yo vµ Yo/∆, dßng ®iÖn thø tù kh«ng tån t¹i ë c¶ hai phÝa s¬ cÊp vµ thø cÊp vµ gÇn b»ng nhau ( I&Ao = − I&ao ), nªn dßng tõ ho¸ thø tù kh«ng Imo cÇn thiÕt ®Ó sinh ra tõ th«ng Φto rÊt nhá, v× vËy cã thÓ bá qua nh¸nh tõ ho¸ vµ ta cã Zn = Z1 + Z2. Tõ nh÷ng m¹ch ®iÖn thay thÕ ë h×nh 11-1 ta thÊy: tæng trë thø tù kh«ng cña m.b.a Zto (cã ®−îc khi ®o ë mét phÝa víi ®iÒu kiÖn d©y quÊn phÝa kia nèi ng¾n m¹ch) cã trÞ sè giíi h¹n gi÷a tæng trë ng¾n m¹ch Zn vµ tæng trë kh«ng t¶i Zo. TrÞ sè Zto cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc b»ng thÝ nghiÖm theo s¬ ®å nh− ë h×nh 11-2. Víi s¬ ®å ®ã ta cã Ia = Ib = Ic = Ito. NÕu phÝa thø cÊp kh«ng cã dßng ®iÖn thø tù kh«ng th× cÇu dao T më, ng−îc l¹i nÕu cã dßng ®iÖn thø tù kh«ng th× cÇu dao ®ãng m¹ch. Theo sè liÖu U, I vµ P ®o ®−îc, ta cã: I T It0 P A W U z to = (11-4) 3I V P rto = (11-5) 3I 2 H×nh 11-2. S¬ ®å nèi d©y x¸c ®Þnh xto = z to − rto 2 2 (11-6) tæng trë thø tù kh«ng cña m.b.a 11-3. T¶i kh«ng ®èi xøng cña m.b.a 11.3.1. Khi cã dßng ®iÖn thø tù kh«ng a. Tr−êng hîp d©y quÊn nèi Y/Yo Víi tæ nèi d©y nµy, khi t¶i kh«ng ®èi xøng ta cã: & & & I A + I B + IC = 0 (11-7) & & & & Ia + Ib + Ic = Id (11-8) 127
Ph©n tÝch c¸c dßng ®iÖn pha s¬ cÊp vµ thø cÊp thµnh c¸c ph©n l−îng ®èi xøng ta thÊy r»ng, c¸c dßng ®iÖn thø tù thuËn vµ ng−îc cña s¬ cÊp vµ thø cÊp c©n b»ng nhau. C¸c dßng ®iÖn tõ ho¸ thø tù thuËn vµ ng−îc Im1 vµ Im2 cña c¸c pha sÏ sinh ra c¸c s.®.®. Id EA, EB, EC. Riªng dßng thø tù kh«ng ( I ao = I bo = I co = ) tån t¹i ë phÝa thø cÊp kh«ng 3 ®−îc c©n b»ng (v× IAo = IBo = ICo = 0) nªn sÏ sinh ra Φto vµ s.®.®. thø tù kh«ng Emo t−¬ng ®èi lín. Nh− vËy, c¸c ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p phÝa s¬ cÊp sÏ nh− sau: & & & & U A = I A Z1 − E A − Em0 & & & & U B = I B Z1 − E B − Em0 (11-9) & & & & U C = I C Z1 − EC − E m0 V× I&A + I&B + I&C = 0 vµ E A + E B + E C = 0 nªn ta suy ra ®−îc: & & & & & & & & U A + U B + U C = −3 E m 0 = 3 I m 0 Z m 0 (11-10) MÆt kh¸c khi d©y quÊn s¬ cÊp ®Êu Y, ta cã: & & & U AB = U A − U B & & & U BC = U B − U C (11-11) & & & U = U −U CA C A Tõ c¸c biÓu thøc (11-10) vµ (11-11) ta t×m ®−îc c¸c ®iÖn ¸p pha s¬ cÊp: 1& A & & & &, & U A = (U AB − U CA ) + I a 0 Z m0 = U A + I a 0 Z m0 3 1& & & & &, & U B = (U BC − U AB ) + I b0 Z m0 = U B + I b0 Z m0 (11-12) &, 3 UA & I a0 Z m & UA 1& & & & &, & U C = (U CA − U BC ) + I c 0 Z m0 = U C + I c 0 Z m0 3 &, & UC UB §å thÞ vÐct¬ t−¬ng øng víi hÖ ph−¬ng tr×nh &, UB & (11-12) ®−îc biÓu thÞ nh− ë h×nh 11-3. Ta thÊy UC B C r»ng, ¶nh h−ëng cña dßng ®iÖn thø tù kh«ng lµm cho ®iÓm trung tÝnh cña ®iÖn ¸p s¬ cÊp bÞ lÖch ®i H×nh 11-3. §iÖn ¸p kh«ng ®èi xøng mét kho¶ng b»ng Ia0zm0. do ®iÓm trung tÝnh bÞ xª dÞch C¸c ph−¬ng tr×nh ®iÖn ¸p thø cÊp sÏ cã d¹ng: & & & & − U a = U A − I A Z1 + I a Z 2 (11-13) &, & & & & & & = U A + I a 0 Z m 0 − ( I A1 + I A2 ) Z1 + ( I a1 + I a 2 + I a 0 ) Z 2 V× I& A1 = − I&a1 ; I& A 2 = − I&a 2 vµ Zm0 + Z2 = Zt0, nªn: & &, & & − U a = U A − I A Z n + I a0 Z t 0 Còng t−¬ng tù nh− vËy: & &, & & − U b = U B − I B Z n + I b0 Z t 0 (11-14) & &, & & − U c = U C − I C Z n + I c0 Z t 0 128
C¸c ph−¬ng tr×nh (11-14) chøng tá r»ng, do cã dßng ®iÖn thø tù kh«ng, ®iÓm trung tÝnh cña ®iÖn ¸p thø cÊp bÞ lÖch ®i mét kho¶ng Ia0Zt0 lín h¬n so víi kho¶ng lÖch cña ®iÖn ¸p s¬ cÊp Ia0Zm0. Thùc ra sù kh¸c nhau ®ã kh«ng ®¸ng kÓ v× Zm0 ≈ Zt0. Sù xª dÞch ®iÓm trung tÝnh lµm cho ®iÖn ¸p pha kh«ng ®èi xøng, g©y bÊt lîi cho c¸c t¶i lµm viÖc víi ®iÖn ¸p pha nh− ®Ìn ®iÖn. §Ó h¹n chÕ sù xª dÞch ®iÓm trung tÝnh ng−êi ta qui ®Þnh dßng ®iÖn trong d©y trung tÝnh Id < 25%I®m. Ngoµi ra tæ m.b.a ba pha kh«ng ®−îc dïng tæ nèi d©y Y/Y0 v× Zm0 qu¸ lín. §èi víi m.b.a ba pha ba trô, v× Zm0 nhá h¬n nªn cho phÐp dïng tæ nèi d©y Y/Y0 víi ®iÒu kiÖn S < 5600 kVA. b. Tr−êng hîp d©y quÊn nèi Y0/Y0 vµ Y0/∆ ë tr−êng hîp nµy, dßng ®iÖn thø tù kh«ng tån t¹i c¶ ë phÝa s¬ cÊp vµ thø cÊp vµ c©n b»ng nhau: I& A0 = − I&a 0 ; ... nªn kh«ng sinh ra tõ th«ng Φt0 vµ s.®.®. Et0. Nh− vËy c¸c ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p thø cÊp nh− sau: & & & −U a = U A − I AZn & & & −Ub = U B − IBZn (11-15) & & & −U = U − I Z c C C n V× I& A + I&B + I&C = I&d nªn tõ (11-15) suy ra ®−îc: & & & & Ua +Ub +Uc = ZnId (11-16) 1 §iÓm trung tÝnh sÏ lÖch ®i mét kho¶ng Iao.zn = I d z n . Sù xª dÞch nµy kh«ng ®¸ng 3 kÓ v× zn rÊt nhá. 11.3.2. Khi kh«ng cã dßng ®iÖn thø tù kh«ng Tr−êng hîp nµy øng víi c¸c tæ nèi d©y Y/Y, ∆/Y, Y/∆ vµ ∆/∆. Do kh«ng cã dßng ®iÖn thø tù kh«ng, h¬n n÷a c¸c dßng ®iÖn thø tù thuËn vµ thø tù ng−îc phÝa s¬ cÊp vµ thø cÊp hoµn toµn c©n b»ng nhau nªn kh«ng cÇn thiÕt ph¶i ph©n tÝch thµnh c¸c ph©n l−îng ®èi xøng vµ cã thÓ dïng ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng ®Ó nghiªn cøu ®iÖn ¸p tõng pha. Sù liªn quan gi÷a c¸c pha chØ cÇn thiÕt khi xÐt ®Õn ®iÖn ¸p d©y vµ dßng ®iÖn d©y. CÇn chó ý r»ng, khi t¶i kh«ng c©n b»ng, ∆U ë c¸c pha kh«ng b»ng nhau, nh−ng v× zn nhá nªn sù kh«ng c©n b»ng vÒ ®iÖn ¸p pha vµ ®iÖn ¸p d©y kh«ng nghiªm träng. Trªn thùc tÕ, nÕu t¶i kh«ng ®èi xøng víi møc ph©n l−îng thø tù ng−îc I2 kh¸c ph©n l−îng thø tù thuËn I1 kh«ng qu¸ 5% th× ®iÖn ¸p ®−îc xem lµ ®èi xøng. 11-4. Ng¾n m¹ch kh«ng ®èi xøng cña m.b.a Ng¾n m¹ch kh«ng ®èi xøng x¶y ra khi sù cè ë phÝa thø cÊp m.b.a lµm mét pha bÞ nèi t¾t víi d©y trung tÝnh, hai pha bÞ nèi t¾t víi nhau hoÆc hai pha nèi t¾t víi d©y trung tÝnh. Nh÷ng tr−êng hîp kÓ trªn cã thÓ xem nh− lµ nh÷ng tr−êng hîp giíi h¹n cña t¶i kh«ng ®èi xøng. §Ó ph©n tÝch c¸c tr−êng hîp ng¾n m¹ch kh«ng ®èi xøng, ta còng ¸p dông ph−¬ng ph¸p ph©n l−îng ®èi xøng nãi trªn. Chó ý r»ng, dßng ®iÖn ë nh÷ng pha bÞ nèi t¾t lµ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch cã trÞ sè rÊt lín, cßn dßng ®iÖn t¶i ë c¸c pha kh¸c ®−îc xem nh− b»ng kh«ng v× rÊt nhá so víi dßng ng¾n m¹ch. 129
KÕt qu¶ ph©n tÝch vÒ sù ph©n phèi dßng ®iÖn gi÷a c¸c pha cña mét sè tr−êng hîp ng¾n m¹ch khi kh«ng cã dßng ®iÖn thø tù kh«ng nh− ë h×nh 11-4a, b vµ c vµ khi cã dßng ®iÖn thø tù kh«ng nh− ë h×nh 11-4d vµ e. 100% 67% 67% 67% a A a A 100% 33% 33% 33% d) B b a) B 33% 33% 33% c C c C A a 100% 100% 100% 100% b) b a A B 100% 100% b c B e) C 100% 100% 100% c C 100% A a 100% 100% b 100% c) B 100% 100% c C H×nh 11-4. Sù ph©n bè dßng ®iÖn gi÷a c¸c pha khi ng¾n m¹ch 11-5. Qu¸ dßng ®iÖn trong m.b.a HiÖn t−îng qu¸ dßng ®iÖn th−êng x¶y ra khi ®ãng m.b.a vµo l−íi lóc kh«ng t¶i hoÆc x¶y ra khi ng¾n m¹ch ®ét nhiªn. 11.5.1. §ãng m.b.a vµo l−íi ®iÖn khi kh«ng t¶i Nh− ®· biÕt, khi m.b.a lµm viÖc kh«ng t¶i, dßng ®iÖn kh«ng t¶i I0 rÊt nhá (kh«ng v−ît qu¸ 10%I®m). Nh−ng trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é khi ®ãng m.b.a kh«ng t¶i vµo l−íi th× dßng ®iÖn I0 t¨ng gÊp nhiÒu lÇn dßng ®iÖn ®Þnh møc. Ta h·y xÐt hiÖn t−îng ®ã ®èi víi m.b.a mét pha nh− ë h×nh 11-5. Khi ®ãng m.b.a vµo nguån ®iÖn ¸p h×nh sin, theo ®Þnh luËt c©n b»ng s.®.®. ta cã: dΦ U 1m sin(ωt + Ψ ) = i0 r1 + W1 (11-17) dt trong ®ã Ψ - gãc pha cña ®iÖn ¸p lóc ®ãng m¹ch. Φ Quan hÖ gi÷a Φ vµ i0 trong m.b.a lµ quan hÖ cña ®−êng cong tõ ho¸, v× vËy ph−¬ng tr×nh vi W1 ph©n kh«ng ®−êng th¼ng. §Ó viÖc tÝnh to¸n ®−îc U1 r1 W2 ®¬n gi¶n, ta gi¶ thiÕt r»ng tõ th«ng Φ tØ lÖ víi L1 dßng ®iÖn i0, nghÜa lµ: W1Φ i0 = L1 H×nh 11-5. S¬ ®å ®ãng m.b.a vµo l−íi lóc kh«ng t¶i trong ®ã L1 - ®iÖn c¶m cña d©y quÊn s¬ cÊp vµ lµ 130
h»ng sè. Ph−¬ng tr×nh (11-17) cã d¹ng: dΦ U 1m r sin(ωt + Ψ ) = 1 Φ + (11-18) W1 L1 dt NghiÖm cña ph−¬ng tr×nh (11-18) gåm hai thµnh phÇn: Φ = Φ, + Φ,, (11-19) trong ®ã: Φ, - lµ thµnh phÇn x¸c lËp cña tõ th«ng: π Φ , = Φ m sin(ωt + Ψ − ) = −Φ m cos(ωt + Ψ ) (11-20) 2 L1U 1m Φm = víi: W1 r12 + (ωL1 ) 2 Φ,, - thµnh phÇn tõ th«ng tù do: r1 − t Φ = C.e L1 ,, (11-21) víi C lµ h»ng sè tÝch ph©n ®−îc x¸c ®Þnh theo ®iÒu kiÖn ban ®Çu. Khi t = 0 trong lâi thÐp cã mét tõ th«ng d− nµo ®ã ± Φd− : Φt = 0 = [Φ, + Φ,,]t = 0 = -ΦmcosΨ + C = ± Φd− C = Φm.cosΨ ± Φd− hay r1 − t Φ = (ΦmcosΨ ± Φd− ). e L1 ,, Nh− vËy: (11-22) Thay (11-22), (11-20) vµo biÓu thøc (11-19) ta ®−îc: r1 − t Φ = - Φm.cos(ωt + Ψ) + (ΦmcosΨ ± Φd− ). e L1 (11-23) Tõ biÓu thøc (11-23) ta thÊy, ®iÒu kiÖn thuËn lîi nhÊt khi ®ãng m.b.a kh«ng t¶i vµo l−íi ®iÖn x¶y ra lóc Ψ = π/2 (®iÖn ¸p cã trÞ sè cùc ®¹i) vµ Φd− = 0, lóc ®ã: π Φ = -Φm.cos(ωt+ ) = Φm.sinωt (11-24) Φ 2 nghÜa lµ tr¹ng th¸i x¸c lËp ®−îc thµnh lËp ngay Φ Φma x vµ kh«ng x¶y ra qu¸ tr×nh qu¸ ®é. Φ,, Ng−îc l¹i, ®iÒu kiÖn bÊt lîi nhÊt x¶y ra khi ®ãng m¸y vµo l−íi lóc Ψ = 0 (®iÖn ¸p lóc ®ã Φd− b»ng kh«ng) vµ Φd− cã dÊu d−¬ng, lóc ®ã: π ωt -Φm r1 − Φ t , Φ = - Φm.cosωt + (Φm + Φd− ). e L1 (11-25) §−êng biÓu diÔn t−¬ng øng tr×nh bµy trªn H×nh 11-6. Sù biÕn thiªn cña tõ h×nh 11-6. th«ng Φ = f(t) lóc ®ãng m¹ch víi Tõ h×nh 11-6 ta thÊy r»ng, tõ th«ng Φ sÏ ®iÒu kiÖn kh«ng thuËn lîi nhÊt ®¹t tíi trÞ sè cùc ®¹i ë thêi gian nöa chu kú sau 131
khi ®ãng m¹ch, nghÜa lµ khi ωt ≈ π. r1π r1 − − t V× r1
Tõ biÓu thøc (11-31) ta thÊy r»ng, ng¾n m¹ch x¶y ra bÊt lîi nhÊt khi Ψn = 0. Khi ®ã ta cã: rn − t in = − 2 I n cos ωt + 2 I n e Ln π vµ dßng ®iÖn ®ã sÏ ®¹t tíi trÞ sè lín nhÊt (hoÆc trÞ sè xung) sau thêi gian t = , lóc ®ã: ω πrn − i xg = 2 I n (1 + e ) = 2 I n .k xg xn (11-32) Dung l−îng cña m.b.a cµng lín th× trÞ sè kxg cµng lín. Th−êng trÞ sè ®ã n»m trong giíi h¹n kxg = 1,2 ÷ 1,8. ThÝ dô, ®èi víi m.b.a cã dung l−îng 1000 kVA víi c¸c sè liÖu un% = 6,5; unr% = 1,5; unx% = 6,32 th× : πrn πu nr − − k xg = 1 + e = 1+ e = 1,475 xn u nx vµ dßng ®iÖn xung b»ng: 100 i xg * = 2 I n* .k xg = 2 k xg = 22,7 un % nghÜa lµ dßng ®iÖn xung gÊp h¬n hai m−¬i lÇn dßng ®iÖn ®Þnh møc. Khi ng¾n m¹ch gi÷a c¸c vßng d©y bªn trong m.b.a, dßng ®iÖn xung cßn lín h¬n c¶ trÞ sè trªn. Víi trÞ sè lín nh− vËy, dßng ng¾n m¹ch lµm cho d©y quÊn m.b.a nãng m·nh liÖt vµ bÞ ch¸y, ®ång thêi g©y ra nh÷ng lùc c¬ häc lín ph¸ ho¹i kÕt cÊu cña d©y quÊn. §Ó b¶o vÖ ng¾n m¹ch bªn ngoµi m.b.a, ng−êi ta th−êng dïng nh÷ng r¬le t¸c ®éng nhanh ®Ó t¸ch chç sù cè ng¾n m¹ch ra vµ d©y quÊn m.b.a kh«ng bÞ nãng ®Õn møc háng. §Ó b¶o vÖ ng¾n m¹ch bªn trong m.b.a, ng−êi ta th−êng dïng r¬le h¬i ®Ó c¾t m.b.a ra khái l−íi ®iÖn. 11-6. Qu¸ ®iÖn ¸p trong m.b.a Khi lµm viÖc trong l−íi ®iÖn, m.b.a th−êng chÞu nh÷ng ®iÖn ¸p xung kÝch, gäi lµ qu¸ ®iÖn ¸p, cã trÞ sè lín gÊp nhiÒu lÇn trÞ sè ®iÖn ¸p ®Þnh møc. Nguyªn nh©n dÉn ®Õn qu¸ ®iÖn ¸p cã thÓ lµ do thao t¸c ®ãng c¾t c¸c ®−êng d©y, c¸c m¸y ®iÖn hoÆc do ng¾n m¹ch nèi ®Êt kÌm theo hå quang hoÆc do sÐt ®¸nh trªn ®−êng d©y, cßn gäi lµ qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn. Qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn lµ nguy hiÓm h¬n c¶ v× cã trÞ sè rÊt lín, cã thÓ ®Õn hµng triÖu v«n. Qu¸ ®iÖn ¸p x¶y ra trªn mét bé phËn nµo ®ã cña tr¹m biÕn ¸p víi tèc ®é gÇn b»ng tèc ®é ¸nh s¸ng. §Ó b¶o vÖ c¸c thiÕt bÞ trong tr¹m biÕn ¸p khi cã sãng xung kÝch truyÒn nhanh ®Õn c¸c thiÕt bÞ cña tr¹m, ng−êi ta ®Æt nh÷ng bé chèng sÐt cã nh÷ng khe hë thÝch ®¸ng ®Ó sau khi dÉn ®iÖn tÝch cña sãng xung kÝch xuèng ®Êt kh«ng x¶y ra hå quang ë khe hë d−íi t¸c dông cña ®iÖn ¸p lµm viÖc cña l−íi ®iÖn. Sau t¸c ®éng cña bé chèng sÐt, ®iÖn ¸p cña sãng xung kÝch gi¶m ®i rÊt nhiÒu vµ c¸c thiÕt bÞ ®Æt trong tr¹m nh− m.b.a chØ cßn chÞu t¸c dông cña ®iÖn ¸p cã trÞ sè b»ng 4 ÷ 5 lÇn ®iÖn ¸p cña l−íi ®iÖn. Còng cÇn chó ý r»ng, khi sãng xung kÝch ®iÖn ¸p truyÒn tõ ®−êng d©y ®Õn m.b.a, 133
do cã sù thay ®æi cña tæng trë (tæng trë cña ®−êng d©y nhá so víi tæng trë cña m.b.a) nªn 2U sãng ph¶n x¹ ®iÖn ¸p cã biªn ®é t¨ng gÊp ®«i U nh− h×nh 11-8. CV Sãng ®iÖn ¸p xung kÝch do khÝ quyÓn CV th−êng cã d¹ng kh«ng chu k× víi ®Çu sãng 0a rÊt dèc vµ ®u«i sãng b»ng ph¼ng h¬n (h×nh 11- 9). Thêi gian t¸c dông cña sãng xung kÝch chØ H×nh 11-8. Sãng ®iÖn ¸p xung vµo kho¶ng vµi phÇn triÖu gi©y, nªn ®Çu sãng kÝch tíi vµ ph¶n x¹ ë ®Çu m.b.a cã thÓ coi nh− mét phÇn t− chu k× cña mét sãng ®iÖn ¸p chu k× cã tÇn sè rÊt cao (f = 10.000 ÷ U 50.000 Hz). (kV) D−íi ®©y ta xÐt t¸c dông vµ hËu qu¶ cña a 400 sãng ®iÖn ¸p xung kÝch ®èi víi m.b.a vµ ®−a ra ph−¬ng ph¸p b¶o vÖ cÇn thiÕt. 200 11.6.1. M¹ch ®iÖn thay thÕ cña m.b.a khi cã qu¸ ®iÖn ¸p 50 t (10-6 s) 10 20 0 30 40 Ta biÕt r»ng, ngoµi ®iÖn trë r vµ ®iÖn kh¸ng xL = ω.L, d©y quÊn m.b.a cßn cã dung kh¸ng H×nh 11-9. Sãng ®iÖn ¸p 1 xung kÝch do khÝ quyÓn xC = do cã ®iÖn dung gi÷a c¸c vßng d©y 2πfC vµ gi÷a c¸c d©y quÊn ®èi víi ®Êt (nh− tr×nh bµy ë h×nh 11-10a). Trong h×nh 11-10, C,d lµ ®iÖn dung gi÷a c¸c vßng d©y hoÆc gi÷a c¸c cuén d©y, C,q lµ ®iÖn dung gi÷a c¸c vßng d©y hoÆc gi÷a c¸c cuén d©y ®èi víi ®Êt. ë chÕ ®é lµm viÖc b×nh th−êng víi tÇn sè f = 50 Hz cña l−íi ®iÖn, c¸c dung kh¸ng xC kÓ trªn rÊt lín so víi r vµ xL nªn kh«ng cã ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn sù lµm viÖc cña m.b.a vµ ta cã m¹ch ®iÖn thay thÕ nh− ®· tr×nh bµy ë ch−¬ng 10. Ng−îc l¹i, khi x¶y ra qu¸ ®iÖn ¸p víi tÇn sè rÊt cao nh− ®· nãi ë trªn, dung kh¸ng xC rÊt nhá so víi r vµ xL vµ cã t¸c dông quyÕt ®Þnh. Lóc ®ã m¹ch ®iÖn thay thÕ cña m.b.a cã d¹ng nh− tr×nh bµy ë h×nh 11 - 10b vµ d©y quÊn cña m.b.a ®−îc xem nh− m¹ch ®iÖn ®ång nhÊt cã tæng ®iÖn r, L r, L r, L r, L 1 X dung däc C d = A vµ tæng ®iÖn 1 ∑C C,d , C,q d dung ngang C q = ∑ C . , q 11.6.2. Sù ph©n bè ®iÖn ¸p däc a) d©y quÊn X A Theo h×nh 11-10b, do cã c¸c ®iÖn C,d dung C,q nªn lóc sãng xung kÝch C,q truyÒn vµo d©y quÊn, trong qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn ban ®Çu, c¸c ®iÖn tÝch ph©n bè kh«ng ®Òu trªn c¸c ®iÖn dung C,d b) däc d©y quÊn. KÕt qu¶ lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn c¸c phÇn tö C,d kh«ng ®Òu nhau H×nh 11-10. S¬ ®å biÓu thÞ d©y quÊn cña m.b.a khi cã t¸c dông cña sãng ®iÖn ¸p xung kÝch vµ gi¶m dÇn tõ ®Çu A ®Õn ®Çu X cña 134
d©y quÊn theo quy luËt sau ®©y: NÕu d©y quÊn nèi ®Êt: shαx ux = U A (11-33) shα NÕu d©y quÊn kh«ng nèi ®Êt: chαx ux = U A (11-34) chα Cq Trong ®ã: UA - biªn ®é cña sãng ®iÖn ¸p xung kÝch; α = víi qui −íc chiÒu dµi Cd d©y quÊn b»ng mét. §−êng biÓu diÔn sù ph©n bè ban ®Çu cña ®iÖn ¸p däc d©y quÊn nh− ë h×nh 11-11. Ta thÊy r»ng khi α = 0, víi d©y quÊn nèi ®Êt th× ®iÖn ¸p sÏ ph©n bè ®Òu däc theo chiÒu dµi cña d©y quÊn (ux = xUA), cßn víi d©y quÊn kh«ng nèi ®Êt th× sù ph©n bè ®iÖn ¸p ban ®Çu däc theo chiÒu dµi cña d©y quÊn lµ gièng nhau (ux = UA). NÕu α cµng lín, sù ph©n bè ®iÖn ¸p ban ®Çu däc theo chiÒu dµi cña d©y quÊn cµng kh«ng ®Òu, ®iÖn ¸p r¬i tËp trung chñ yÕu vµo ®Çu cña d©y quÊn. Khi α > 5, sù ph©n bè ®iÖn ¸p ban ®Çu kh«ng phô thuéc vµo vÊn ®Ò nèi ®Êt hay kh«ng nèi ®Êt cña d©y quÊn. α=0 1,0 1,0 0,8 0,8 α=1 α=0 UA 0,6 UA 0,6 0,4 0,4 α=5 α=5 0,2 0,2 α = 10 α = 10 0,8 0,6 0,4 0,8 0,6 0,4 1,0 0,2 1,0 0,2 0 0 A A X X b) a) H×nh 11-11. Sù ph©n bè ®iÖn ¸p ban ®Çu däc d©y quÊn khi nèi ®Êt (a) vµ khi kh«ng nèi ®Êt (b) §Ó thÊy râ møc ®é ph©n bè ®iÖn ¸p kh«ng ®Òu, ta h·y xÐt gradien ®iÖn ¸p ®èi víi c¸c tr−êng hîp d©y quÊn nèi ®Êt vµ tr−êng hîp d©y quÊn kh«ng nèi ®Êt: chαx du x = αU A Víi d©y quÊn nèi ®Êt: (11-35) shα dx shαx du x = αU A Víi d©y quÊn kh«ng nèi ®Êt: (11-36) chα dx Gi¶ sö α ≥ 3, th× ë ®Çu d©y quÊn (x = 1), thα = cthα = 1 nªn trong c¶ hai tr−êng hîp ®Òu cã: 135
du x = αU A dx x =1 Nh− vËy, trong tr−êng hîp ®iÖn ¸p ph©n bè kh«ng ®Òu, ®iÖn ¸p ban ®Çu ë cuén d©y ®Çu tiªn lín gÊp α lÇn ®iÖn ¸p ban ®Çu trong tr−êng hîp ®iÖn ¸p ph©n bè ®Òu. V× vËy ph¶i t¨ng c−êng c¸ch ®iÖn cña c¸c vßng d©y vµ c¸c cuén d©y dÉn ®Çu tiªn cña d©y quÊn. U U 3 3 2 2 UA UA 1 1 A X X A a) b) H×nh 11-12. Qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong d©y quÊn m.b.a do sãng ®iÖn ¸p xung kÝch: a). d©y quÊn nèi ®Êt; b. d©y quÊm kh«ng nèi ®Êt. V× ngoµi ®iÖn dung C d©y quÊn cßn cã ®iÖn trë r vµ ®iÖn c¶m L, toµn bé d©y quÊn lµ mét m¹ch dao ®éng nªn sau sù ph©n bè ®iÖn ¸p ban ®Çu lµ mét qu¸ tr×nh dao ®éng ®iÖn tõ tÇn sè cao. Do cã tæn hao trªn d©y dÉn, tæn hao trong chÊt c¸ch ®iÖn vµ trong lâi thÐp nªn dao ®éng ®ã t¾t dÇn vµ sù ph©n bè ®iÖn ¸p cuèi cïng sÏ nh− trªn ®−êng 2 trªn h×nh 11-12. Biªn ®é cña dao ®éng ë mét ®iÓm tuú ý trªn d©y quÊn b»ng hiÖu sè trÞ sè ®iÖn ¸p ban ®Çu vµ trÞ sè ®iÖn ¸p lóc cuèi cïng ë ®iÓm ®ã. §−êng biÓu diÔn ®iÖn ¸p cùc ®¹i cña c¸c ®iÓm däc d©y quÊn ®èi víi ®Êt lµ ®−êng 3 trªn h×nh 11-12, cßn ®−êng nÐt ®øt trªn h×nh 11-12 lµ sù ph©n bè ®iÖn ¸p däc d©y quÊn ë mét thêi ®iÓm cña qu¸ tr×nh qu¸ ®é. Tõ h×nh 11-12 ta thÊy r»ng, trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é däc d©y quÊn cã chç ®iÖn ¸p ®èi víi ®Êt lín h¬n UA vµ ë d©y quÊn kh«ng nèi ®Êt ®iÖn ¸p gÊp hai lÇn UA. Gradien ®iÖn ¸p còng rÊt lín c¶ ë gi÷a vµ ë cuèi d©y quÊn, v× vËy cÇn ph¶i t¨ng c−êng c¸ch ®iÖn ë ®ã. 11.6.3. B¶o vÖ m.b.a khái qu¸ ®iÖn ¸p Do t¸c dông cña qu¸ ®iÖn ¸p, c¸ch ®iÖn cña d©y quÊn m.b.a cã thÓ bÞ xuyªn thñng, v× vËy cÇn ph¶i cã c¸c biÖn ph¸p phßng ngõa. Th«ng th−êng, c¸c cuén d©y ë ®Çu vµ ë cuèi d©y quÊn ®−îc t¨ng c−êng c¸ch ®iÖn b»ng c¸ch quÊn thªm nhiÒu líp giÊy c¸ch ®iÖn. §iÓm trung tÝnh (®iÓm cuèi) cña d©y quÊn cña nh÷ng m.b.a cã ®iÖn ¸p b»ng hoÆc lín h¬n 35 kV còng th−êng ®−îc nèi ®Êt. Ngoµi ra ng−êi ta cßn dïng mét sè biÖn ph¸p kh¸c cã hiÖu lùc ®Ó b¶o vÖ m.b.a khái qu¸ ®iÖn ¸p b»ng c¸ch lµm gi¶m hoÆc triÖt tiªu qu¸ tr×nh dao ®éng ®iÖn tõ nãi trªn. Muèn vËy ph¶i lµm cho ®−êng ph©n bè ®iÖn ¸p ban ®Çu gÇn gièng ®−êng ph©n bè ®iÖn 136
A C,d , Cq A Mµn ch¾n Cmc H×nh 11-13. Vµnh mµn ch¾n vµ c¸c vßng mµn ch¾n ë ®Çu d©y quÊn ¸p cuèi cïng. Trªn thùc tÕ ng−êi ta chÕ t¹o nh÷ng ®iÖn dung mµn ch¾n Cmc nh− tr×nh bµy ë h×nh 11-13 sao cho c¸c dßng ®iÖn qua chóng lóc n¹p ®iÖn b»ng hoÆc gÇn b»ng c¸c dßng ®iÖn ®i qua c¸c ®iÖn dung Cq. Nh− vËy dßng ®iÖn ®i qua c¸c ®iÖn dung däc d©y quÊn C,d sÏ kh«ng ®æi, do ®ã ngay lóc ban ®Çu ®iÖn ¸p ®· ph©n bè ®Òu hoÆc gÇn ®Òu däc d©y quÊn. KÕt qu¶ lµ biªn ®é cña ®iÖn ¸p dao ®éng sÏ rÊt nhá hoÆc dao ®«ng sÏ kh«ng x¶y ra. C¸c ®iÖn dung mµn ch¾n th−êng ®−îc chÕ t¹o thµnh nh÷ng vµnh hoÆc vßng kim lo¹i, khuyÕt mét ®o¹n ®Ó tr¸nh trë thµnh nh÷ng vßng ng¾n m¹ch vµ nèi víi d©y quÊn, ®ång thêi bäc c¸ch ®iÖn. Vµnh ®iÖn dung ®−îc ®Æt gi÷a cuén d©y ®Çu tiªn vµ g«ng tõ, cßn c¸c vßng ®iÖn dung th× «m lÊy c¸c cuén d©y ®Çu tiªn. C©u hái 1. M.b.a lµm viÖc víi t¶i kh«ng ®èi xøng sÏ cã nh÷ng ¶nh h−ëng xÊu nh− thÕ nµo ®Õn t×nh tr¹ng lµm viÖc cña m¸y? 2. Tæng trë tõ ho¸ cña thµnh phÇn thø tù kh«ng zm0 cña tæ m.b.a ba pha vµ m.b.a ba pha ba trô trong hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi vµo kho¶ng bao nhiªu? So s¸nh víi trÞ sè tæng trë ng¾n m¹ch zn. 3. Tõ th«ng Φt0 vµ tõ th«ng Φ3 (xem ch−¬ng 9) cña ba pha ®Òu trïng pha víi nhau vÒ thêi gian vµ cã thÓ khÐp m¹ch trong lâi thÐp cña tæ m.b.a ba pha nh−ng ¶nh h−ëng cña chóng ®èi víi m.b.a kh¸c nhau nh− thÕ nµo? 4. Ph©n tÝch tr−êng hîp ng¾n m¹ch mét pha cña m.b.a nèi Y/Y0 vÏ ë h×nh 11-1c. VÏ ®å thÞ vect¬ ®iÖn ¸p øng víi tr−êng hîp ®ã. 5. Qu¸ dßng ®iÖn lµ g×? T¹i sao cã hiÖn t−îng dßng ®iÖn i0 t¨ng lªn khi ®ãng m.b.a kh«ng t¶i vµo l−íi ®iÖn? 6. Qu¸ ®iÖn ¸p lµ g×? T¹i sao lóc qu¸ ®iÖn ¸p c¸c vßng d©y ®Çu vµ cuèi cña d©y quÊn CA l¹i chÞu t¸c dông cña ®iÖn ¸p lín? C¸c ph−¬ng ph¸p b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p? 7. T¹i sao khi ng¾n m¹ch bªn trong m.b.a dßng ®iÖn xung cã trÞ sè lín h¬n khi ng¾n m¹ch bªn ngoµi m.b.a? 137