i. tổng quan - hcmut.edu.vntcbinh/file_2014/may_dien/c5_synchronous machines... · bài giảng...

Bài giảng Máy điện TB

Chương 5: Máy điện đồng bộ 1

Chương 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

I. Tổng quan



A

B

C

N

N

S



Rotor cực từ ẩn Rotor cực từ lồi

Rotor cực từ ẩn Rotor cực từ lồi



qe

ae

X

Axe bobine

a a'

a

a'

ge

Axe bobine

b b'

Axe bobine

c c'

b

b'

c

c'

Axe

inducteur

N

S

N S

A-

B+

A+

C+

C-

B-

A

B

C

N

S

A+

B+

C+ B-

A-

C-

Flux f ns

N

S

A+

B+

C+ B-

A-

C-



A-

B+

A+

C+

C-

B-

m=

Magnetic axis of

phase

N

S

Magnetic axis of

phase

A-

B+

A+

C+

C-

B-

m=

N

S



A. Máy điện đồng bộ có rotor cực từ ẩn:

A

B

C

N

N

S

N S

A-

B+

A+

C+

C-

B-

A

B

C



qe

ae

X

Axe bobine

a a'

a

a'

ge

Axe bobine

b b'

Axe bobine

c c'

b

b'

c

c'

Axe

inducteur

N

S

o

a aa0 al a ab b ac c af fL L i L i L i cos(120 ) L I cos( ) q

Mà 0aacbbccaacbaab L2

1LLLLLL do

2

1)120cos( o

a aa0 al a aa0 b c af f

1L L i L i i L I cos( )

2 q

)cos(ILiL2

1LL fafa0aaal0aaa q

)cos(ILiLL2

3fafaal0aaa q

al0aas LL

2

3L

)tcos(ILiL ofafasa q dt

dPP cocodien

q

afasa iL )cos( ofafaf tIL q

afa

safa

sa

a edt

diL

dt

d

dt

diL

dt

de

afa

saaa

aaa edt

diLiR

dt

diRv

)tsin(IL)tcos(dt

dILe ofafofafaf qq

)2

tcos(ILe ofafaf

q

( afe nhanh pha /2 so với af )

afphdqafphdqafphdqfaf)RMS(af Nfk44,4Nfk2Nk2

1IL

2

1E

afphdq)RMS(af Nfk2E với từ thông kích từ: fafaf IL , ffaf Ik

afa

asa edt

diLe

afaasa EILjE

afasaaaaaa EIjXIREIRV



Động cơ:

afasaaa EIjXIRU

afphdqaf NkfE ....2

Máy phát:

asaaafa IjXIREU

Trong đó:

ss LX với:

alaaass LLLL 0

2

3

alAalaaalaa XXLLLLX

00

2

3

2

3

Zt

Ua

Ra

jXs

Ia

It

Tải

If

Rf

Uf

af

Eaf

n

Ua

Ra

jXs

Ia

If

Rf

Uf

af

Eaf

n



0

2

3aaA LX : điện kháng phản ứng phần ứng.

alal LX : điện kháng từ tản phần ứng.

aAafR IjXEE : sức điện động khe hở.

R : từ thông khe hở = từ thông kích từ + từ thông phản ứng phần ứng

Zt

U

Ra

jXA

Ia

It

Tải

Eaf

n

jXal

ER



II.2. Đặc tính không tải, ngắn mạch

Thí nghiệm không tải:

afsdqsaf NkfE ....2

Đặc tính không tải

Thí nghiệm không tải xác định được “đặc tính không tải”. Từ đó xác định “đặc tính khe hở”.

U

Ra

jXs

Ia

If

Rf

Uf

af

Eaf

n

Uđm

If

Eaf

f

0

If

Eaf

0

Eaf,

If

Uaf

Đặc tính khe hở

Đặc tính không tải



Ngoài ra, thí nghiệm không tải xác định được tổn hao không tải.Trong đó có tổn hao cơ

(không đổi do tốc độ cố định) và tổn hao sắt (do tần số không đổi nên tổn hao sắt tỷ lệ với

bình phương biên độ từ thông).

Tổn hao sắt phụ thuộc vào từ thông (hay điện áp không tải)

Thí nghiệm ngắn mạch:

Máy điện chạy ở chế độ máy phát, quay ở tốc độ đồng bộ. Tăng dòng kích từ cho tới

khi dòng phần ứng đạt định mức Ia,sc = Ia,đm, vẽ được đặc tính ngắn mạch.

asaaf IjXRE

Đặc tính ngắn mạch khi mạch từ chưa bảo hòa

If

Eaf Ia

0

Ia, sc

Eaf,

If

Đặc tính ngắn mạch

Ia, đm

I’’f

(Ia, đm)

Ra

jXs

Ia

Ia,sc

If

Rf

Uf

af

Eaf

n

Eaf

PFe



Đo được dòng kích từ, và dựa theo đặt tính khe hở, xác định được Eaf, là sức điện động

tương ứng với mạch từ còn tuyến tính, chưa bảo hòa.

Khi mạch từ chưa bảo hòa, bỏ qua điện trở phần ứng, có thể tính điện kháng đồng bộ chưa

bảo hòa:

sc,a

,af

,sI

EX

(tính theo đặc tính khe hở)

_ Điện kháng đồng bộ chưa bảo hoà: tính theo đặc tính khe hở (Eaf,).

Chú ý: Có thể tính Điện kháng đồng bộ chưa bảo hoà ở điểm Ia,sc khác Ia,đm,

nhưng phải tính theo đặc tính khe hở.

Từ thông khe hở rất nhỏ (tỷ lệ với ER, khoảng 15% từ thông định mức) nên mạch từ trong

thí nghiệm ngắn mạch này chưa bảo hòa. Thông số tính được sẽ không sát với thực tế khi

máy điện làm việc ở từ thông định mức.

sc,aalaR IjXRE

Ra

jXA

Ia

I a,sc

Eaf

n

jXal

ER



Khi máy điện đồng bộ làm việc KHÔNG TẢI quanh giá trị điện áp định mức (từ

thông khe hở gần định mức, xem như “bảo hòa”):

đm,aafR UEE

Đặc tính không tải – ngắn mạch

đm đm

đm

a,đm a,đm

'a,đm a,đma,sc(U ) a,sc(U ) a,đmf

n '' *sf a,đm a,đm a,đm s sa,đm

đma,sc(U )

U U

I II I UI 1 1SCR K

XI I I U X XUZI

Khi máy điện đồng bộ làm việc KHÔNG TẢI, chỉnh dòng kích từ sao cho điện áp hở mạch

bằng điện áp định mức Ua,đm (từ thông khe hở gần định mức = bảo hòa). Ứng với dòng kích

từ I’f này, cho máy ngắn mạch và đo dòng Ia,sc tương ứng Ua,đm. Từ đó tính gần đúng giá trị

điện kháng đồng bộ bảo hòa.

Ra

jXA

Ia

Eaf

n

jXal

ER

Uđm

If

Eaf

Ua,đm

Ia

0

Ia, sc (Uđm)

Ia, sc

Eaf,

If I’f

(Uđm)

Đặc tính ngắn mạch

Ia, đm

I’’f

(Ia, đm)



sc,a

đm,a

sI

UX

(tính theo Ua,đm trên đặc tính không tải)

_ Điện kháng đồng bộ chưa bảo hoà: tính theo đặc tính khe hở (Eaf,).

_ Điện kháng đồng bộ bảo hoà: tính theo đặc tính không tải-ngắn

mạch ở Ua,đm.

Chú ý: Nên tính Điện kháng đồng bộ bảo hoà ở điểm gần Ua,đm.

Đơn vị trương đối (tính theo giá trị định mức):

Hệ số ngắn mạch Kn:

*

s

đm

ss

đm,a

đm,a

)U(sc,a

đm,a

đm,a

đm,a

đm,a

đm,a

đm,a

)U(sc,a

đm,a

)U(sc,a

''

f

'

fn

X

1

Z

X

1

X

I

U

I

U

I

U

U

U

I

I

I

I

I

IK

đm

đmđm

X*s là điện kháng đồng bộ tính theo đơn vị tương đối.

Ví dụ 1:



Cho một máy điện đồng bộ ba pha 900MVA, 26kV, nối Y, 50Hz, hai cực, có các số liệu thí

nghiệm:

Dòng kích từ Dòng ngắn mạch Điện áp không tải Điện áp khe hở

1710A 10,4kA 26kV (29,6kV)

3290A 20,0kA 31,8kV (56,9kV)

a. Tính điện kháng đồng bộ không bảo hòa Xs,? (đơn vị Ω và đvtđ)

b. Tính giá trị điện kháng đồng bộ bảo hòa Xs? (đơn vị Ω và đvtđ)

c. Tính tỷ số ngắn mạch Kn? Tính Xs (đvtđ) theo Kn?

Ví dụ 2: (EX 5.4-p262) (trang 224)

Máy điện đồng bộ ba pha, 45kVA, nối Y, 6 cực, 220V/60Hz.

Thí nghiệm không tải: dòng kích từ 2,84A, đo được điện áp 220V.

Đặc tính khe hở (ước tính): dòng kích từ 2,2A, điện áp khe hở 202V.

Thí nghiệm ngắn mạch:

Dòng kích từ 2,2A, đo dòng phần ứng là 118A.

Dòng kích từ 2,84A, đo dòng phần ứng là 152A.

a. Tính điện kháng đồng bộ không bảo hòa Xs,? (đơn vị Ω và đvtđ)

b. Tính giá trị điện kháng đồng bộ bảo hòa Xs? (đơn vị Ω và đvtđ)

c. Tính tỷ số ngắn mạch Kn? Tính Xs (đvtđ) theo Kn?

Tính điện kháng đồng bộ (theo Ω/pha và đvtđ) của máy điện đồng bộ 85kVA. Biết điện áp

hở mạch định mức là 460V khi dòng kích từ 8.7A. Và đạt dòng ngắn mạch định mức ở

11.2A.

Ví dụ 3: (EX 5.5-p265) (trang 226)

Máy điện đồng bộ ba pha, 45kVA, nối Y, 6 cực, 220V/60Hz như ví dụ trên (EX 5.4)

Khi dòng ngắn mạch bằng dòng phần ứng định mức (118A), tổn hao là 1.8kW ở

25oC. Biết điện trở một chiều trên cuộn dây phần ứng là 0.0335Ω/pha. Tính điện trở

hiệu dụng trên mỗi pha? (đơn vị Ω và đvtđ)

Máy điện đồng bộ ba pha 13.8kV, 25MVA. Tổn hao ngắn mạch là 52,8kW ở dòng định

mức.



a) Tính dòng phần ứng định mức?

b) Tính điện trở hiệu dụng trên mỗi pha? (đơn vị Ω và đvtđ)

Ví dụ 4: (EX 5.1-p254)

Một động cơ 3 pha đồng bộ, điện áp dây đầu cực là 460V, 60Hz, Y,

dòng điện 120A, hệ số công suất 0.95 chậm. Dòng kích từ 47A. Điện

kháng đồng bộ 1.68Ω (0.794 đơn vị tương đối với 460V, 100kVA, 3

pha). Bỏ qua điện trở stator.

a) Tính điện áp Eaf?

b) Biên độ từ trường af và hỗ cảm Laf? )2

tcos(ILe ofafaf

q

)cos( ofafaf tIL q

c) Công suất điện cấp cho motor (kW) và (hp).



II. Máy phát đồng bộ

Máy phát cấp điện cho tải, hay cho lưới.

II.1. Mạch tương đương

asaaf IjXRUE

Ví dụ 1: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng

hình trụ có các thông số định mức 11kV, 50Hz, 20MVA, cuộn dây

stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 5.

Zt

U

Ra

jXs

Ia

It

Tải

If

Rf

Uf

af

Eaf

n



a) Tải định mức có HSCS=cosđm=0,9 chậm pha. Tính afE (trị

phức)? Vẽ giản đồ vector?

b) Tính lại cho tải (có dòng điện và điện áp) định mức có

HSCS=cosb=0,7 nhanh pha?

c) Nếu giữ kích từ không đổi như câu a. Tính điện áp trên tải (có

tổng trở như ở) câu b?

Ví dụ 2: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor

dạng hình trụ có các thông số định mức 16MVA, 10,5kV, 50Hz,

cuộn dây stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 4,8. Tính giá trị sức

điện động Eaf và góc tải khi máy phát cấp điện cho tải ở điều kiện

định mức, cosđm=0,8. Tính cho trường hợp chậm pha và nhanh

pha? Vẽ giản đồ vector?

Ví dụ 3: Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, 2 cực,

có công suất định mức 10KVA, điện áp định mức 380V, 50Hz,

nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng Rư0 (tính lại cho

Rư0,5) và điện kháng đồng bộ Xđb=5. Khi máy phát cấp

điện cho tải định mức với hệ số công suất cos=0,8 (dòng điện

chậm pha so với điện áp), hãy:

a. Tính công suất tiêu thụ của tải định mức?

b. Tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất ?

c. Vẽ giản đồ vector?

d. Tính độ thay đổi điện áp U%?

e. Tính momen điện từ và momen kéo của máy phát. Biết tổn

hao cơ là 500W.

f. Tính công suất tác dụng quá tải lớn nhất máy có thể phát

được mà không mất đồng bộ, biết dòng kích từ không đổi và

biên độ điện áp ngõ ra không đổi.

II.2. Đặc tính công suất – góc ở xác lập

sE U Z I s a s s Z sZ R jX Z jX

o

s tE U 0 Z I



Tải RL, t > 0 Tải RC, t < 0

Khi máy phát 1 pha cấp điện cho tải:

Tải RL, t > 0 Tải RC, t < 0

Zt

U

jXs

Ia

It

Tải

If

Rf

Uf

af

Eaf

n

E1

Re E2

jXsI

I

t

0

RaI

ZsI

Re

E2

E1

jXsI

I

t

0

RaI

ZsI

Re U

Eaf

jXsI

I

t

0

Eaf

Re

U

jXsI

I

t

0

Zt

U

Ra

jXs

I

It

Tải

Eaf

n

Zs

E



af2

s

E UP sin

X

2

af2

s s

E U UQ cos

X X

af

2max

s

E UP

X

khi = 90o.

Sụt áp: UEU af

Độ sụt áp %: 100%

U

UEU

af

Khi máy phát cấp điện cho tải Thévenin:

sinEQs

EQaf

XX

UEP

EQs

EQ

EQs

EQaf

XX

U

XX

UEQ

2

cos

U

jXs

I

Eaf

n

jXEQ

UEQ

Re

U

Eaf

jXsI

I

t

0

Re



Giới hạn công suất của máy phát điện động bộ (1 pha):

t tP UIcos t tQ UIsin 22 2

t tP Q UI

aft

s

E UP sin

X

2

aft

s s

U E UQ cos

X X

222

2

s

af

s

ttX

UE

X

UQP

Giới hạn công suất máy điện đồng bộ



Giới hạn công suất phản kháng của máy điện động bộ

Máy phát điện 3 pha:________________________________________

sin3cos3s

af

ttX

UEUIP

sin3

2

1

s

af

eX

UE

f

pPT

s

af

eMAXX

UE

f

pT

3

2

Zt

U

Ra

jXs

I

It

Tải

Eaf

n



Đặc tuyến tải của MPĐB Đặc tuyến công suất phản kháng MPĐB

sin3s

af

tX

UEP

ss

af

tX

U

X

UEQ

2

3cos3

Q > 0, tải cảm (RL)

0deg 1deg 180deg

0 30 60 90 120 150 1800

100

200

300

400

500

600

Pnet

M W

Pnetwork

M W

deg



Khi không bỏ qua điện trở Ra:____________________________________________

Zssas ZjXRZ

Tải RL, 2 > 0 Tải RC, 2 < 0

Zs

o

s

o

Z

EE

Z

EEI

00 21212

)()( 212 Z

s

Z

s Z

E

Z

EI

)cos()cos(cos 212 Z

s

Z

s Z

E

Z

EI

)sin()sin(sin 212 Z

s

Z

s Z

E

Z

EI

Zt

E2

Ra

jXs

I

It

Tải

Eaf

n

Zs

E1

E1

Re E2

jXsI

I

t

0

RaI

ZsI

Re

E2

E1

jXsI

I

t

0

RaI

ZsI



s

aZ

Z

Rcos

s

sZ

Z

Xsin

s

aZ

X

Rarctga

khi Ra << Xs thì aZ 0.

)cos( 222 IEP

)cos()cos(

2

2212 Z

s

Z

s Z

E

Z

EEP

2

2

2212 )90(sin

s

aZ

o

s Z

RE

Z

EEP

2

2

2212 sin

s

aZ

s Z

RE

Z

EEP a

)sin( 222 IEQ

)sin()sin(

2

2212 Z

s

Z

s Z

E

Z

EEQ

2

2

2212 )90cos(

s

sZ

o

s Z

XE

Z

EEQ

2

2

2212 )90cos(

s

sZ

o

s Z

XE

Z

EEQ

2

2

2212 )cos(

s

sZ

s Z

XE

Z

EEQ a

Giả sử bỏ qua Ra (khi Ra << Xs, aZ 0):

I

0

jXsI

RaI

ZsI

Z

aZ



sin212

sX

EEP

ss X

E

X

EEQ

2

2212 cos

sX

EEP 21

max2 khi = 90

o.

_____________________________________________________________

Ví dụ 4: (EX 5.6-p269)

Máy phát đồng bộ ba pha, 75MVA, 13.8kV, điện kháng đồng bộ bảo hòa

Xs=1.35đvtđ, điện kháng động bộ không bảo hòa là 1.56 đvtđ được kết nối với hệ

thống ngoài điện kháng tương đương là XEQ=0.23 đvtđ và điện áp VEQ=1 đvtđ. Điện

áp hở mạch đạt định mức khi dòng kích từ 297A.

a) Tính Pmax (theo MW, và đvtđ) mà máy phát có thể cấp cho hệ thống ngoài nếu sức

điện động của máy phát được giữ ở 1 đvtđ.

b) Nếu máy phát được điều khiển ổn định điện áp thông qua điều chỉnh tự động từ

thông. Nếu máy phát cấp điện cho tải định mức, tính góc công suất, sức điện động

(theo đvtđ),và dòng kích từ tương ứng?



Ví dụ 5: (EX 5.7-p272) (trang 241)

Ví dụ 6: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor

dạng hình trụ có các thông số định mức 11kV, 50Hz, 20MVA,

cuộn dây stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 5, Ra=1, cosđm =

0,9 chậm pha.



a. Tính giá trị sức điện động và góc tải ở điều kiện định mức?

Tính giá trị công suất (tác dụng và phản kháng) cực đại mà

máy phát có thể cấp cho lưới 11kV với giá trị sức điện động

đã tính ở trên.

b. Tính giá trị sức điện động và góc tải nếu máy phát vận hành

ở hệ số công suất 0,8 chậm pha, cấp cho lưới 12MW và điện

áp lưới là 10kV. Tính giá trị công suất tác dụng cực đại?

c. Vẽ 2 đặc tính công suất – góc tải và chỉ ra các điểm làm việc

đã tính ở trên.

II.3. Đặc tính vận hành của máy phát đồng bộ ở xác lập

Đặc tính ngoài Đặc tính điều chỉnh kích từ

Nhận xét:

If

0

R

RL

RC If0

I Iđm

I

U

0

R

RL

RC E

Iđm



Đặc tính hình V

Zt

U

Ra

jXs

Ia

It

Tải

If

Rf

Uf

af

Eaf

n

AVR



II.4. Phân bố công suất của máy phát đồng bộ

II.5. Ghép song song máy phát điện đồng bộ

Power Plants Around the World photo gallery landing page:

http://www.industcards.com/ppworld.htm

Bài tập 3: Hai máy phát đồng bộ 3 pha nối Y giống nhau vận hành ở

33kV, mỗi máy cung cấp 5MW cho tải: 10MW và hệ số công suất 0,8

chậm pha. Điện kháng đồng bộ của mỗi máy là 6. Máy thứ nhất có

dòng điện 125A chậm pha.

a. Tính dòng điện và hệ số công suất của máy thứ 2?

b. Tính góc tải và sức điện động của cả hai máy?

N

S

A+

B+

C+ B-

A-

C-

Pkt Pout

Pcơ

Pcơ Pđt Pout

Pđ Pth_cơ PFe

Pkt

Pin

Pcơ

Pkt



Bài tập: Cho một máy điện đồng bộ ba pha 900MVA, 26kV, nối Y,

50Hz, hai cực, có các số liệu thí nghiệm:

Dòng kích

từ

Dòng ngắn

mạch

Điện áp không

tải

Điện áp khe

hở

1710A 10,4kA 26kV 29,6kV

3290A 20,0kA 31,8kV 56,9kV

a. Tính giá trị điện kháng đồng bộ bảo hòa Xs và không bảo

hòa Xs,, tỷ số ngắn mạch? (1đ)

Máy phát trên được nối lưới 26kV thông qua điện kháng nối

tiếp 1 mH. Biết máy phát đang cung cấp cho lưới 800MW và

400MVAr. Bỏ qua điện trở phần ứng và tổn hao sắt. Giả sử tổn

hao cơ là 20MW.

b. Tính dòng điện phần ứng, sức điện động không tải, góc tải,

và moment cơ cấp cho máy phát? (4đ)

c. Với kích từ như ở câu b, tính công suất tác dụng cực đại mà

máy phát có thể cấp cho lưới trong ngắn hạn? Tính

moment cơ khi đó? (1đ)

d. Với kích từ như ở câu b, tính công suất phản kháng lớn

nhất và nhỏ nhất mà máy phát có thể cấp cho lưới? (1đ)

e. Khi điều chỉnh giảm dòng kích từ để sức điện động cảm

ứng giảm 10%. Biết công suất tác dụng cấp cho lưới vẫn

không đổi. Tính góc tải, dòng điện phần ứng và công suất

phản kháng cấp cho lưới khi đó? (3đ)



III. Động cơ đồng bộ

III.1. Mạch tương đương

asaaf IjXREU afphdqaf NkfE ....2

Nếu bỏ qua Ra:

IjXEU saf , IjXEU saf

o0

Thiếu kích từ, E nhỏ

I chậm pha hơn U, >0

Động cơ đóng vai trò tải RL

Động cơ tiêu thụ P và Q

Thừa kích từ, E lớn

I nhanh pha hơn U, <0

Động cơ đóng vai trò tải RC

Động cơ tiêu thụ P, phát Q

(Tụ bù công suất phản kháng)

U

jXs

Ia

If

Rf

Uf

af

Eaf

n

Ra

I

Re U

E

jXsI

0

Re U

E

jXsI

I

0

U

Ra

jXs

I

Eaf

n



III.2. Đặc tính công suất - góc

2

a1 Z 2

s s

EU U RP sin

Z Z a

2

s1 Z 2

s s

EU U XQ cos( )

Z Z a

Đặc tuyến công suất – góc tải của ĐCĐB Đặc tuyến CSPK – góc tải của ĐCĐB

sinX

UE3P

s

af

cosX

UE3

X

U3Q

s

af

s

2


sin3

2

1

s

af

eX

UE

f

pPT

s

af

eMAXX

UE

f

pT

3

2



Nhận xét:

Khi < 90o, nếu rotor chậm lại tăng P tăng rotor nhanh hơn.

Khi > 90o, nếu rotor chậm lại tăng P giảm rotor chậm hơn nữa mất ổn

định, động cơ đồng bộ dừng luôn.

Câu hỏi:

_ Khởi động động cơ đồng bộ như thế nào?

_ Moment khởi động lớn hay nhỏ, có kéo nổi tải có quán tính lớn như tàu điện không?

III.3. Đặc tính vận hành của động cơ đồng bộ ở xác lập

Đặc tính hình V của ĐCĐB

Đặc tính hình V ngược của ĐCĐB

If

cos

0

Tải trở (R)

Sớm (RC) Trễ (RL)

1 Không tải

Nửa tải

Đầy tải

Thiếu kt Thừa kt

If

I

0

R RC, cos = 0.8

cos = 0.8, RL

Iđm

Không tải

Nửa tải

Đầy tải

Thiếu kt Thừa kt

> 0

< 0



Điều chỉnh tăng hệ số công suất cos

III.4. Phân bố công suất của động cơ đồng bộ

Ví dụ 6: Một động cơ đồng bộ nối Y, nối vào lưới 3 pha

3980V và điều chỉnh dòng rotor sao cho sức điện động cảm

ứng pha là 1790V/pha (3000V/pha - thừa kích từ). Điện

kháng đồng bộ là 22 và góc tải giữa điện áp và sức điện

động cảm ứng là 30o. Xác định dòng stator và hệ số công

U

jXs

Ia

If

Rf

Uf

af

Eaf

n

Ra

N

S

A+

B+

C+ B-

A-

C-

Pkt P1

P1=PđiệnAC Pđt=Pcơ Pout

Pqp

Pđ1 Ps Pkt

Pin

P1

Pkt



suất cos? Tính công suất biểu kiến, công suất tác dụng và

công suất phản kháng?

Ví dụ 8: Một động cơ đồng bộ 3 pha nối Y, 3MW, 6,6kV, 60Hz, 200rpm, kích từ độc

lập không đổi, vận hành ở đầy tải ở hệ số công suất 0,8 chậm pha. Nếu điện kháng

đồng bộ là 11, tính: công suất biểu kiến, dòng stator, sức điện động cảm ứng và

góc tải? Nếu động cơ có tổn hao cơ Pqp là 200kW, tổn hao sắt Ps là 100kW, tổn hao

kích từ Pkt là 50kW. Tính hiệu suất, momen điện từ, momen ngõ ra của động cơ?

Tính công suất lớn nhất động cơ có thể kéo tải mà không mất đồng bộ? Tính công

suất phản kháng lớn nhất mà động cơ có thể nhận từ lưới và phát lên lưới?

Khi tần số giảm còn 50Hz?

Khi Rs=1?

Ví dụ 3: Một động cơ không đồng bộ kéo tải và tiêu thụ 350kW từ lưới ở hệ số

công suất 0,707 chậm pha. Một động cơ đồng bộ thừa kích từ nối song song với

động cơ không đồng bộ và tiêu thụ 150kW từ lưới. Nếu hệ số công suất chung

của hai động cơ là 0,9 chậm pha, tính công suất phản kháng và công suất biều

kiến của động cơ đồng bộ.

U

jXs

Ia

If

Rf

Uf

af

Eaf

n

Ra

Re U

E

jXsI

I

q

0

U

Rư

jXs

I

E

n



(Điều chỉnh tăng hệ số công suất cos)

Ví dụ 13: Một động cơ không đồng bộ kéo tải và tiêu thụ 500kW từ

lưới ở hệ số công suất 0,707 chậm pha. Một động cơ đồng bộ khác

thừa kích từ nối song song với động cơ không đồng bộ và tiêu thụ

100kW từ lưới ở hệ số công suất 0,5. Tính hệ số công suất, công suất

phản kháng và công suất biều kiến chung của hai động cơ. Tính dòng

điện cấp cho động cơ không đồng bộ và dòng điện cấp chung cho cả 2

động cơ, biết U =380V? Nhận xét về kích thước dây dẫn?

BT 1.3. Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, 2 cực, có công suất định mức

10KVA, điện áp định mức 380V, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng

Rư = 0,5 và điện kháng đồng bộ Xđb = 5. Khi máy phát cấp điện cho tải định

mức với hệ số công suất cos = 0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy

xác định:

a. Tính công suất tiêu thụ của tải định mức.

b. Vẽ giản đồ vector và tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất .

c. Độ thay đổi điện áp U%.

d. Công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng

kích từ không đổi và biên độ điện áp ngõ ra không đổi.

BT1.1: Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn, 2 cực, kích từ độc lập, dòng

kích từ 1A, tần số 50Hz, nối Y, 12A. Bỏ qua điện trở phần ứng, điện

kháng đồng bộ pha là 10. Biết tổn hao cơ là 500W, bỏ qua tổn hao sắt.

a. Khi máy phát cấp nguồn cho tải với điện áp định mức 380V, và

dòng điện định mức 12A, tải có hệ số công suất cos=0,8, chậm

pha. Vẽ giản đồ vector, tính sức điện động cảm ứng pha, góc công

suất và momen cơ kéo máy phát? (1,0đ)

b. Khi máy phát cấp nguồn cho tải có dòng điện định mức 12A, tải có

hệ số công suất cos=1. Vẽ giản đồ vector, tính điện áp dây cấp cho

tải Udây, góc công suất? Biết sức điện động của máy phát vẫn không

đổi như ở câu a? (1,0đ)



c. Với tải (có dòng điện, cos như) ở câu b, tính dòng kích từ điều

chỉnh để điện áp dây vẫn là 380V? Biết mạch từ còn tuyến tính. (0,5đ)

BT1.2. Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, có công suất định mức

10KVA, điện áp định mức 380V, 50Hz, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng Rư0

và điện kháng đồng bộ Xđb = 5. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công

suất cos = 0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy:



c. Tính độ thay đổi điện áp U%.

d. Tính công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng


e. Tính momen điện từ và momen kéo của máy phát biết tổn hao cơ là 500W.

Câu 1.4. Một động cơ đồng bộ 3 pha nối Y, 3MW, 6,6kV, 50Hz, 200rpm, kích từ độc lập

không đổi, điện kháng đồng bộ là 10.

a. Khi động cơ vận hành ở công suất định mức và có hệ số công suất 0,8 nhanh

pha, tính: công suất biểu kiến, sức điện động cảm ứng pha và góc tải?(1,0đ)

b. Tính công suất lớn nhất động cơ có thể kéo tải mà không mất đồng bộ? Khi

đó tính công suất phản kháng và momen điện từ của động cơ? (1,5đ)

c. Tính công suất phản kháng lớn nhất mà động cơ có thể phát lên tải?(0,5đ)

Sách trang 153: 6.22, 6.26, 6.28, 6.23

Ví dụ 6: (EX 5.8-p279) (trang 244)

Pcơ Pđt P2

Pđ Pqp Ps

Pkt

P1



================= HẾT =======================



ĐỘNG CƠ:

Từ trường quay trong động cơ đồng bộ khi không tải

V~Ftotal

, IjX~F ss

, E~Fr

0E V5.0E


VE V5.1E

I = 0

Q = 0

Q < 0, tải dung (RC)



Từ trường quay khi có tải Mạch tương đương ĐCĐB



MÁY PHÁT:

Mạch tương đương của MPĐB Từ trường quay trong MPĐB (quá kích từ)



B. Máy điện đồng bộ có rotor cực từ lồi:

Rotor cực từ lồi Rotor cực từ ẩn

N S

A-

B+

A+

C+

C-

B-

A

B

C

N

S

A+

B+

C+ B-

A-

C-



qe

ae

X

Axe bobine

a a'

a

a'

ge

Axe bobine

b b'

Axe bobine

c c'

b

b'

c

c'

Axe

inducteur

N

S

Tải L:

Zt

U

Ra

jXs

Ia

It

Tải

Eaf

n

Re U

Eaf

jXsI

I

0

Re U

Eaf

jXsI

I

t

0

Eaf

Re

U

jXsI

I

t

0

A

B

C

N

N

S



Từ thông phản ứng phần ứng dọc trục

Tải RC Tải R

Từ thông phản ứng phần ứng ngang trục

Eaf

Re U

jXsI

I

0

Eaf

Re

U

jXsI

I

t

0



Từ thông phản ứng phần ứng ngang trục nhỏ hơn dọc trục

Với Xal là điện kháng từ tản không phụ thuộc theo phương dọc trục hay ngang trục.

Re U

Eaf

jXsI

I

t

0

Eaf

Re

U

jXsI

I

t

0

A

B

C

N

N

S

N

S

A+

B+

C+ B-

A-

C-



Zt

U

Ra

jXA

Ia

It

Tải

Eaf

n

jXal

ER



Xd = Xal + XAd

Xq = Xal + XAq

Thường Xq = (0,6-0,7)Xd

Với Xal là điện kháng từ tản không phụ thuộc theo phương dọc trục hay ngang trục.

aalaR IjXRE

qAqdAdaalaaf IjXIjXIjXRUE

qqddaaaf IjXIjXIRUE

Zt

U

Ra

jXA

Ia

It

Tải

Eaf

n

jXal

ER



aqaa IjXIRU sẽ xác định phương Eaf.

Khi tính gần đúng có thể xem máy đồng bộ cực từ lồi giống như máy cực từ ẩn,

khi đó Xq = Xd và:

adaaqdddaaaf IjXIRUIjXIjXIRUE

Khi làm việc ở định mức, sự sai biệt là không nhiều. Nhưng khi làm việc ở thiếu kích từ thì

sự sai biệt sẽ đáng kể.



Ví dụ 5.5:

Máy phát làm việc ở định mức có: Xd=1, Xq=0,6, cos=0,8 trễ.

Tính Eaf (đvtđ)? Ra=0.

ĐẶT TÍNH CÔNG SUẤT – GÓC

CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CỰC TỪ LỒI

XdT = XEQ + Xd

XqT = XEQ + Xq

U

jXd

jXq

I

Eaf

n

jXEQ

VEQ



(sin(2) = 2sin.cos )

.... tạo ra moment phảng kháng (từ trở) có xu hưởng làm thẳng hàng rotor

và stator, và không phụ thuộc Eaf.

Khi máy phát định mức, thành phần này khoảng 10%. Thành phần này

đáng kể khi Eaf nhỏ.

Nhờ thành phần từ trở này mà nhỏ hơn, máy cực từ lồi làm việc ổn định

hơn máy cực từ ẩn.



Bài tập 1: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ

có các thông số định mức 11kV, 50Hz, 20MVA, cuộn dây stator nối Y. Điện

kháng đồng bộ 5, cosđm = 0,9 chậm pha.

d. Tính giá trị sức điện động và góc tải ở điều kiện định mức? Tính giá trị

công suất cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới với giá trị sức điện

động đã tính ở trên.

e. Tính giá trị sức điện động và góc tải nếu máy phát vận hành ở hệ số công

suất 0,8 chậm pha, cấp cho lưới 12MW và điện áp lưới là 10kV. Tính giá

trị công suất cực đại?

f. Vẽ 2 đặc tính công suất – góc tải và chỉ ra các điểm làm việc đã tính ở

trên.

Bài tập 2: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ

có các thông số định mức 11kV, 50Hz, 20MVA, cuộn dây stator nối Y. Điện

kháng đồng bộ 5.

a. Tính giá trị công suất, sức điện động và góc tải ở điều kiện định mức với

tải có cos = 0,9 chậm pha?Tính giá trị công suất tác dụng cực đại mà

máy phát có thể cấp cho lưới với giá trị sức điện động đã tính ở trên?

b. Tính giá trị công suất, sức điện động và góc tải nếu máy phát vận hành ở

hệ số công suất 0,8 nhanh pha, cấp cho lưới 20MVA ở điện áp lưới định

mức?

c. Vẽ 2 đặc tính công suất – góc tải và chỉ ra các điểm làm việc đã tính ở

trên? So sánh sức điện động của máy phát trong hai trường hợp trên?

Bài tập 3: Hai máy phát đồng bộ 3 pha nối Y giống nhau vận hành ở 33kV, mỗi

máy cung cấp 5MW cho tải 10MW, có hệ số công suất 0,8 chậm pha. Điện

kháng đồng bộ của mỗi máy là 6. Máy thứ nhất có dòng điện 125A chậm pha.

c. Tính dòng điện và hệ số công suất của máy thứ 2?

d. Tính góc tải và sức điện đông của cả hai máy?

Bài tập 4: Một máy điện đồng bộ có cuộn dậy stator 3 pha, cuộn dây kích từ

rotor và cấu trúc rotor và stator dạng hình trụ.

a. Vẽ mạch tương đương và giản đồ pha tương ứng khi máy điện vận hành ở

chế độ:

i. Máy phát thừa kích từ

ii. Máy phát thiếu kích từ

iii. Động cơ thừa kích từ

iv. Động cơ thiếu kích từ

Xác định trong mỗi trường hợp chiều của công suất tác dụng và công suất phản

kháng giữa máy điện và lưới; và xác định hệ số công suất nhanh hay chậm.



b. Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ có

các thông số định mức 16MVA, 10,5kV, 50Hz, cuộn dây stator nối Y.

Điện kháng đồng bộ 13,77, cosđm = 0,8 chậm pha. Tính giá trị sức điện

động và góc tải khi máy phát vận hành ở điều kiện định mức? Và tính giá

trị công suất tác dụng cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới, với giá

trị sức điện động như khi vận hành ở điều kiện định mức trên.

Bài tập 5:

a. Một tuabin phát điện 3 pha có điện kháng đồng bộ 14 và cấp cho lưới công

suất tác dụng 1,68MW với hệ số công suất chậm pha. Cuộn dây stator máy

phát nối Y, nối với lưới 11kV và dòng điện stator là 100A. Tính hệ số công

suất, góc tải và sức điện động cảm ứng?

b. Một máy phát đồng bộ và một máy phát không đồng bộ nối song song

và cấp vào lưới điện công suất tác dụng 800kW với hệ số công suất

chung bằng 0,8 chậm pha. Biết máy phát không đồng bộ vận hành ở

công suất 0,9 và phát công suất tác dụng 300kW vào lưới. Xác định

hệ số công suất và công suất tác dụng máy phát đồng bộ phát lên

lưới.

Bài tập 6:

Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn, 2 cực, đấu Y, có công suất định mức

10KVA, điện áp định mức 380V, 50Hz, nối lưới. Trên mỗi pha có điện

kháng đồng bộ Xđb = 2. Biết tổn hao sắt là là 200W và tổn hao cơ là

500W. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công suất cos =

0,8 (chậm pha), hãy xác định:

a. Tính công suất tiêu thụ, hiệu suất và momen cơ cấp cho máy phát ở tải định

mức?



d. Công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết

dòng kích từ và biên độ điện áp ngõ ra không đổi.

e. Tính moment định mức và moment cực đại để kéo máy phát.

BT1.1: Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn, 2 cực, kích từ độc lập, dòng

kích từ 1A, tần số 50Hz, nối Y, 12A. Bỏ qua điện trở phần ứng, điện

kháng đồng bộ pha là 10. Biết tổn hao cơ là 500W, bỏ qua tổn hao sắt.

a. Khi máy phát cấp nguồn cho tải với điện áp định mức 380V, và

dòng điện định mức 12A, tải có hệ số công suất cos=0,8, chậm

pha. Vẽ giản đồ vector, tính sức điện động cảm ứng pha, góc công

suất và momen cơ kéo máy phát? (1,0đ)

b. Khi máy phát cấp nguồn cho tải có dòng điện định mức 12A, tải có

hệ số công suất cos=1. Vẽ giản đồ vector, tính điện áp dây cấp cho

tải Udây, góc công suất? Biết sức điện động của máy phát vẫn không

đổi như ở câu a? (1,0đ)



c. Với tải (có dòng điện, cos như) ở câu b, tính dòng kích từ điều

chỉnh để điện áp dây vẫn là 380V? Biết mạch từ còn tuyến tính. (0,5đ)

BT1.2. Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, có công suất định mức

10KVA, điện áp định mức 380V, 50Hz, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng Rư0

và điện kháng đồng bộ Xđb = 5. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công

suất cos = 0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy:



c. Tính độ thay đổi điện áp U%.

d. Tính công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng


e. Tính momen điện từ và momen kéo của máy phát biết tổn hao cơ là 500W.

BT 1.3. Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, 2 cực, có công suất định mức

10KVA, điện áp định mức 380V, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng

Rư = 0,5 và điện kháng đồng bộ Xđb = 5. Khi máy phát cấp điện cho tải định

mức với hệ số công suất cos = 0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy

xác định:




d. Công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng


Đề thi 2012: Cho một máy điện đồng bộ ba pha 225MVA, 15kV, nối Y, 50Hz, hai cực, có các số

liệu thí nghiệm:

Dòng kích từ Dòng ngắn mạch Điện áp không tải Điện áp khe hở

470A 3897A 15kV 16.65kV

Pcơ Pđt P2

Pđ Pqp Ps

Pkt

P1



1045A 8660A 19kV 37kV

a. Bỏ qua điện trở phần ứng. Tính giá trị điện kháng đồng bộ bão hòa Xs và không bão hòa

Xs,? (1 điểm)

Khi máy phát trên hòa lưới 15kV, cung cấp cho lưới 191.2MW với hệ số công suất là 0.85

chậm pha. Bỏ qua các tổn hao.

b. Tính sức điện động, góc tải? (1 điểm)

c. Với dòng kích từ như ở câu b: Tính công suất tác dụng cực đại mà máy phát có thể cấp

cho lưới mà chưa mất đồng bộ? Tính moment cơ cực đại khi đó? (1 điểm)

d. Để cho máy phát chạy ở chế độ bù công suất phản kháng, cần điều chỉnh dòng kích từ

sao cho dòng điện phần ứng bằng định mức , hệ số công suất bằng 0, chậm pha. Khi đó,

tính sức điện động, góc tải? (1 điểm)

i. tổng quan - hcmut.edu.vntcbinh/file_2014/may_dien/c5_synchronous machines... · bài giảng...

Documents