BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN GVHD : TSKH. HỒ ĐẮC LỘC KS. HUỲNH CHÂU DUY SVTH : ĐẶNG TUẤN QUỐC VIỆT MSSV : 00DDC149 LỚP : 00DDC1 TP.HCM, Tháng 1/2005 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN *** Họ tên sinh viên: MSSV : Lớp : Ngành : Đề tài : GIÁO VIÊN HƯỚNG DẨN (ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN *** Họ tên sinh viên: MSSV : Lớp : Ngành : Đề tài : GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN (ký và ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN *** Em chân thành gởi lời cảm ơn đến trường ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ cùng quý thầy cô khoa ĐIỆN-ĐIỆN TỬ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cũng như truyền đạt cho em kiến thức vô cùng qúy báo trong suốt thời gian thực tập và làm luận án. Đặc biệt em xin cảm ơn thầy Hồ Đắc Lộc, thầy Huỳnh Châu Duy đã dành nhiều thời gian tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận án này. Cuối cùng em xin gởi đến toàn thể quý thầy cô lời chúc tốt đẹp nhất để tiếp tục sự nghiệp trồng người của mình. Em xin chân trọng kính chào. Tp.HCM, ngày 03 háng 01 năm 2005 SV.Đặng Tuấn Quốc Việt LỜI NÓI ĐẦU Điện công nghiệp là ngành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu,… bao gồm việc tạo ra, biến đổi và sử dụng điện năng, tín hiệu điện từ trong các hoạt động thực tế của con người. So với hiện tượng vật lý khác như cơ, nhiệt, quang … hiện tượng điện từ được phát hiện chậm hơn vì các giác quan của con người không cảm nhận trực tiếp được hiện tượng này. Tuy nhiên việc khám phá ra hiện tượng điện từ đã thúc đẩy mạnh mẽ cuộc cách mạng khoa học và kỹ thuật chuyển sang lónh vực điện khí hóa. Điện năng có ưu điểm nổi bật là có thể sản xuất tập trung với nguồn công suất lớn, có thể truyền tải đi xa và phân phối tới nơi tiêu thụ với tổn hao tương đối nhỏ. Điện năng dể dàng biến đổi thành các dạng năng lượng khác. Mặt khác quá trình biến đổi năng lượng và tín hiệu điện từ dễ dàng tự động hóa và điều khiển từ xa, cho phép giải phóng lao động chân tay và cả lao động trí óc của con người. Cho đến ngày nay máy điện được biết như là một thiết bò điện từ thực hiện sự biến đổi cơ năng thành điện năng hoặc ngược lại. Như vậy máy điện là một phần tử quan trọng nhất của bất cứ thiết bò điện năng nào. Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, các hệ điều khiển và tự động điều chỉnh, khống chế … và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình. Với vai trò quan trọng của mình máy điện phải có khả năng tự động hóa cao trong việc điều chỉnh các thông số như điện áp, tần số, công suất … để góp phần vào việc nâng cao chất lượng điện năng nhằm đáp ứng kòp thời tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa cũng như thỏa mãn tốt nhất nhu cầu của con người. Xuất phát từ tầm quan trọng trên, được sự cho phép của nhà trường và khoa ĐIỆN-ĐIỆN TỬ em đã quyết đònh chọn đề tài “KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN” làm chuyên đề cho luận án tốt nghiệp của mình. Luận án gồm có 6 chương được chia thành 3 phần : _Chương 1,2,3,4: Giới thiệu về máy điện đồng bộ,trình bày trên cơ sở lý thuyết về các vấn đề khác nhau của máy phát điện như: quá trình quá độ máy phát điện đồng bộ, phương pháp điều khiển máy phát điện đồng bộ trong hệ thống và các chế độ vận hành của máy phát… _Chương 5: Thực hiện vận hành và khảo sát thực tế máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện tại phòng thí nghiệm hệ thống điện Trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH. _Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ bằng phần mềm mô phỏng Matlab. Với thời gian có hạn và kiến thức còn hạn hẹp nên tất yếu luận án không tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn. Xin chân thành cảm ơn! Mục lục *** LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU trang Chương 1: Máy phát điện đồng bộ 1 1.1. Máy phát điện đồng bộ 2 1.1.1. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 1.1.2. Phân loại 10 1.1.2.1. Máy phát điện đồng bộ 10 1.1.2.2. Động cơ điện không đồng bộ 10 1.1.2.3. Máy bù đồng bộ 10 1.2. Máy phát điện đồng bộ rôto cực ẩn 11 1.3. Máy phát điện đồng bộ rôto cực lồi 12 Chương 2: Quá trình quá độ của máy phát điện đồng bộ 14 2.1. Phân tích các quá trình quá độtrong máy điện đồng bộ 15 2.2. Các thành phần DC của dòng stato 20 2.3. Xác đònh các hằng số quá độ 21 Chương 3: Điều khiển máy phát điện đồng bộ trong hệ thống điện 24 3.1. Khái niệm điều khển máy phát điện đồng bộ trong hệ thống điện 25 3.2. Các hệ thống tự động điều khiển máy phát cơ bản 25 3.3. Điều khiển tần số công suất (LFC) 26 3.3.1. Mô hình máy phát 27 3.3.2. Mô hình tải 31 3.3.3. Mô hình động cơ sơ cấp 32 3.3.4. Mô hình bộ điều tốc 33 3.3.4.1. Bộ điều tốc 33 3.3.4.2. Bộ hồi tiếp cơ học 33 3.3.4.3. Bộ khuyếch đại thủy lực 33 3.3.4.4. Bộ thay đổi tốc độ 34 3.4. Điều chỉnh điện áp máy phát và phân phối công suất phản kháng 37 3.4.1. Mô hình của bộ khuyếch đại 38 3.4.2. Mô hình của bộ kích từ 38 3.4.3. Mô hình của máy phát 39 3.4.4. Mô hình của bộ biến cảm 39 Chương 4: Các chế độ vận hành của máy phát điện đồng bộ trong hệ thống điện 41 4.1. Máy phát điện đồng bộ làm việc ở tải đối xứng 42 4.1.1. Đại cương 42 4.1.2. Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ 42 4.1.2.1. Đặc tính không tải 43 4.1.2.2. Đặc tính ngắn mạchvà tỉ số ngắn mạch K 43 4.1.2.3. Đặc tính tải 47 4.1.3. Cách xác đònh các tham số của máy phát điện đồng bộ 49 4.1.3.1. Điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục 49 4.1.3.2. Điện kháng tản x u 50 4.1.4. Tổn hao và hiệu suất của máy điện đồng bộ 51 4.2. Máy phát điện đồng bộ làm việc ở tải không đối xứng 53 4.2.1. Đại cương 53 4.2.2. Các tham số của máy phát điện đồng bộ khi làm việc ở tải không đối xứng 55 4.2.2.1. Tổng trở thứ tự thuận z 1 = r 1 + jx 1 55 4.2.2.2. Tổng trở thứ tự ngược z 2 = r 2 + jx 2 55 4.2.2.3. Tổng trở thứ tự không z 0 = r 0 + jx 0 58 4.2.3. nh hưởng của tải không đối xứng 59 4.2.3.1. Điện áp của máy phát điện khi làm việc ở tải không đối xứng 59 4.2.3.2. Tổn hao và rôto nóng 59 4.2.3.3. Hiện tượng máy rung 60 4.2.4. Ngắn mạch không đối xứng 60 4.2.4.1. Ngắn mạch một pha 60 4.2.4.2. Ngắn mạch hai pha 63 4.3. Máy phát điện đồng bộ làm việc song song 65 4.3.1. Đại cương 65 4.3.2. Ghép một máy phát điện đồng bộ làm việc song song 65 4.3.2.1. Các phương pháp hòa đồng bộ chính xác 66 4.3.2.1.1. Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu ánh sáng 66 4.3.2.1.2. Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu điện từ 68 4.3.2.2. Phương pháp tự đồng bộ 69 4.3.3. Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy phát đồng bộ 70 4.3.3.1. Điều chỉnh công suất tác dụng P của máy phát điện đồng bộ 70 4.3.3.1.1. Trường hợp máy phát điện làm việc trong hệ thống điện công suất vô cùng lớn 70 4.3.3.1.2. Trường hợp máy phát điện công suất tương tự làm việc song song 73 4.3.3.2. Điều chỉnh công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ 73 Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình máy điện thực tế tại phòng thí nghiệm hệ thống điện trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM 76 5.1. Giới thiệu chung về mô hình nhà máy điện tại phòng thí nghiệm hệ thống điện –Bộ môn hệ thống điện –Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM 77 5.2. Các thành phần của mô hình 78 5.2.1. Nhóm máy điện 78 5.2.1.1. Động cơ điện xoay chiều ba pha 78 5.2.1.2. Máy phát điện một chiều 78 5.2.1.3. Động cơ điện một chiều 78 5.2.1.4. Máy phát điện xoay chiều 79 5.2.2. Trạm phân phối điện 79 5.2.3. Bảng và bàn điều khiển 79 5.2.3.1. Ký hiệu máy cắt, dao cách ly 79 5.2.3.2. Khóa xoay nhận 79 5.2.3.3. Đèn hiển thò 80 5.2.3.4. Đồng hồ đo 80 5.2.3.5. Nút nhấn 80 5.2.3.6. Bộ đồng hồ hòa đồng bộ 81 5.2.3.7. Khóa lựa chọn điện áp, dòng điện 81 5.2.3.8. Liên động giữa máy cắt và dao cách ly 81 5.3. Quá trình hoạt động của mô hình 81 5.3.1. Khảo sát chi tiết mô hình 82 5.3.1.1. Khảo sát động cơ điện ba pha 82 5.3.1.1.1. Thông số của động cơ điện AC ba pha 82 5.3.1.1.2. Mạch khởi động động cơ AC ba pha 82 5.3.1.1.3.1.Sơ đồ thực tế 82 5.3.1.1.3.2.Sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiển 83 5.3.1.1.3.3.Đặc tuyến môment-tốc độ khi khởi động của động cơ AC 84 5.3.1.2. Khảo sát máy phát DC 85 5.3.1.3. Khảo sát động cơ DC 85 5.3.1.3.1. Thông số cơ bản của động cơ điện DC 85 5.3.1.3.2. Mạch khởi động động cơ DC 86 5.3.1.3.3.1.Sơ đồ thực tế 86 5.3.1.3.3.2.Sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiển 86 5.3.1.3.3.3.Đặc tuyến môment-tốc độ khi khởi động của động cơ DC 87 5.3.1.4. Khảo sát máy phát điện AC 88 [...]... máy Trong các máy đồng bộ công suất trung bình và lớn, thân máy được chế tạo theo kết cấu khung thép, mặt ngoài bọc bằng các tấm thép dát dầy Thân máy phải thi t kế và chế tạo để sao cho trong nó hình thành hệ thống đường thông gió làm lạnh máy điện Nắp máy cũng được chế tạo trung bình và lớn, ổ trục không đặt ở nắp máy mà ở giá đỡ ổ trục đặt cố đònh trên kệ máy 1.3 .Máy điện đồng bộ rôto cực lồi: Máy. .. biến đổi cơ điện trong máy phát điện dựa trên nguyên lý về cảm ứng điện từ Nguyên lý này cũng đặt cơ sở cho sự làm việc của các bộ biến đổi cảm ứng dùng để biến đổi điện năng với những giá trò của thông số này (điện áp, dòng điện, …) thành điện năng với những giá trò của thông số khác Máy phát Bộ kích từ Hình 1.1 .Máy phát điện đồng bộ 3 pha 1.1 .Máy phát điện đồng bộ: Máy điện đồng bộ là máy điện xoay... hơn Ia một góc 900 và vì vậy có thể được đặc trưng bởi điện áp rơi trên điện kháng Xar bởi dòng Ia Xar được gọi là điện kháng phản ứng phần ứng Véctơ tổng E và Ear là Esr vuông góc với Fsr , đặc trưng cho sức điện động không tải E = Esr + jXarIa (1.9) 7 Chương 1: Máy phát điện đồng bộ Điện áp đầu cực V bằng sức điện động Esr trừ đi điện áp rơi trên điện trở RaIa và điện áp rơi trên điện kháng rò X1Ia... điện đồng bộ CHƯƠNG 1 MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 1 Chương 1: Máy phát điện đồng bộ Máy phát điện là một trong những thi t bò điện từ gồm: mạch điện và mạch từ liên hệ với nhau  Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí  Mạch điện gồm có hai hay nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng Máy phát điện thực hiện biến đổi cơ năng thành điện năng, trong đó... điện một chiều cho cực từ của máy phát đồng bộ và máy phát điều chỉnh để làm nguồn cung cấp điện cho bộ điều chỉnh tự động của tuabin 13 Chương 2: Quá trình quá độ của máy phát điện đồng bộ CHƯƠNG 2 QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 14 Chương 2: Quá trình quá độ của máy phát điện đồng bộ Quá trình quá độ của máy phát điện đồng bộ là một trong những quá trình quan trọng, cần phải khảo sát và. .. Theo kết cấu có thể chia máy điện đồng bộ thành hai loại : Máy đồng bộ cực ẩn thích hợp với tốc độ quay cao (số cực 2p =2) và máy đồng bộ cực lồi thích hợp khi tốc độ quay thấp (2p  4) Theo chức năng có thể chia máy điện đồng bộ thành các loại chủ yếu sau : 1.1.2.1 .Máy phát điện đồng bộ: Máy phát điện đồng bộ thường được kéo bởi tuabin hơi hoặc tuabin nước và được gọi là máy phát tuabin hơi hoặc máy. .. phát tuabin nước Máy phát tuabin hơi có tốc độ quay cao, do đó được chế tạo theo kiểu cực ẩn và có trục máy đặt nằm ngang Máy phát điện tuabin nước thường có tốc độ quay thấp nên có kết cấu theo kiểu cực lồi và nói chung trục máy được đặt thẳng đứng Trong trường hợp máy phát điện có công suất nhỏ và cần di động thì dùng diezen Máy phát điện diezen thường có cấu tạo cực lồi 1.1.2.2.Động cơ điện không đồng... Động cơ điện đồng bộ thường chế tạo theo kiểu cực lồi và được sử dụng để kéo các tải không đòi hỏi phải thay đổi tốc độ, với công suất từ 200kW trở lên 1.1.2.3 .Máy bù đồng bộ: Máy bù đồng bộ chủ yếu dùng để cải thi n hệ số cos của lưới điện 10 Chương 1: Máy phát điện đồng bộ  Ngoài các loại trên còn có các máy điện đồng bộ đặc biệt như : máy biến đổi một phần ứng, máy đồng bộ tần số cao,… và các máy. .. sử dụng máy phát điện xoay chiều và chỉnh lưu, được gọi là hệ thống kích từ không chổi than Hệ thống kích từ có nhiệm vụ duy trì điện áp máy phát và điều khiền công suất phản kháng truyền tải từ máy phát vào hệ thống Rôto của máy phát đồng bộ có hai loại: rôto cực ẩn và rôto cực lồi Rôto cực ẩn có khe hở không khí giữa stato và rôto là đều và dây quấn kích từ được đặt trong các rãnh rôto Những máy phát... của máy phát với điện áp đầu cực tương ứng với các điều kiện kích thích với nhau sẽ có được các hệ số công suất trễ pha, cùng pha và sớm pha E ZsI   ZsIs  V  Ia Ia (a) Hệ số công suất tải trễ pha (b) Hệ số công suất tải cùng pha E Ia ZsIs  V  V (c) Hệ số công suất tải sớm pha Hình 1.7: Giản đồ véctơ của máy phát điện đồng bộ 9 Chương 1: Máy phát điện đồng bộ Độ ổn đònh điện áp của máy phát điện . phát điện đồng bộ trong hệ thống điện 24 3.1. Khái niệm điều khển máy phát điện đồng bộ trong hệ thống điện 25 3.2. Các hệ thống tự động điều khiển máy phát cơ bản 25 3.3. Điều khiển tần số công. Hình 1.1 .Máy phát điện đồng bộ 3 pha. 1.1 .Máy phát điện đồng bộ: Máy điện đồng bộ là máy điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n bằng với tốc độ quay của từ trường n 1 trong máy. Máy điện đồng. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA MÁY PHÁT