Đang tải... (xem toàn văn)
giáo trình máy điện , đại học bách khoa hà nội
Giảng viên: Tiến sĩ Đặng Quốc Vương Email: vuong.dangquoc@hust.edu.vn Phone: +84-963286734 Bộ Môn Thiết Bị Điện – Điện Tử Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội 11 GIỚI THIỆU CHUNG Mục đích ! ! ! Cung cấp cho sinh viên kiến thức máy điện Sau học xong học phần sinh viên hiểu rõ cấu tạo nguyên lý làm việc loại máy điện, mơ hình tốn mơ tả q trình vật lí máy điện đặc tính chủ yếu loại máy điện Nắm phạm vi ứng dụng loại máy điện Tài liệu tham khảo ! ! Bài giảng: Máy điện (nhóm Máy điện – BM Thiết bị điện - Điện tử) Sách tham khảo: - Bài giảng MĐ PGS Phạm Văn Bình, Ths Lê Minh Tiệp, TS Đặng Quốc Vương - Máy điện Tập & Bùi Đức Hùng Triệu Việt Linh NXB Giáo dục Hà nội 2007 - Máy điện & Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu MÁY ĐIỆN I Nội dung Chương Máy biến áp Chương Những vấn đề chung MĐ quay Chương Máy điện không đồng Chương Máy điện đồng Chương Máy điện chiều Chương Máy biến áp Nội dung I Tổng quan hệ thống lượng điện II Khái niệm chung Máy biến áp III Quan hệ điện từ Máy biến áp IV Các chế độ làm việc Máy biến áp V Máy biến áp ba pha Chương Máy biến áp Nội dung I Tổng quan hệ thống lượng điện II Khái niệm chung Máy biến áp III Quan hệ điện từ Máy biến áp IV Các chế độ làm việc Máy biến áp V Máy biến áp ba pha I Tổng quan HT lượng điện (1/6) 1.1 Hệ thống lượng điện Nhà máy điện MBA truyền tải Nguồn phát Đ dây truyền tải TBA truyền tải TBA phân phối Đường dây phân phối điên Khu vực tiêu thụ điện Thiết bị tự động phân phối Hộ tiêu thụ điện I Tổng quan HT lượng điện (2/6) 1.2 Các định luật điện từ thường dùng máy điện a Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday) ! Khi từ thông biến e thiên xuyên qua vòng dây, vòng dây cảm ứng sức điện động " Sđđ cảm ứng vòng dây tính theo cơng thức Maxwell: e= " e d dt Trường hợp cuộn dây có w vịng, sđđ cảm ứng là: d d e= đó, w dt = Hinh 1.1 dt = w (W b) từ thơng móc vịng cuộn dây I Tổng quan HT lượng điện (3/6) a Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday) (tiếp) ! Khi dẫn chuyển động với vận tốc v, nằm vng góc từ trường cảm ứng sđđ e theo quy tắc bàn tay phải (hình 1.2): e = Blv, đó: B - mật độ từ cảm (Wb) l - chiều dài dẫn e e l v ,B Hinh 1.2 ,B v I Tổng quan HT lượng điện (4/6) b Định luật lực điện từ ! Thanh dẫn mang dịng điện đặt vng góc với từ trường, dẫn chịu lực điện từ tác dụng, có trí số Fdt = Bil, đó: B - từ cảm (T) i - dòng điện chạy dẫn (A) l - chiều dài dẫn (m) i i l Fdt Fdt ,B Hinh 1.3 ,B Chiều Fđt xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 1.3) I Tổng quan HT lượng điện (5/6) c Định luật tồn dịng điện ! Goi H cường độ từ trường tạo tập hợp dòng điện i1; I2; …In vqf C đường cong khép kín khơng gian bao quanh dây dẫn mang tập hợp dòng điện Theo định luật ampere ta có: I ! Hdl = C n X ik = F k=1 Áp dụng vào mạch từ hình 1.4, ta viết sau: Hl = wi = F đó: H - cường độ từ trường mạch (A/m) l - chiều dài trung bình mạch từ đo mét w - số vòng cuộn dây i S N l lõi thép Hinh 1.4 ! Dịng điện i tạo tra từ thơng cho mạch từ, gọi dịng điện từ hố Tích số wi gọi sức từ động 10 V Máy biến áp ba pha (3/16) 5.2 Tổ nối dây MBA a Ký hiệu đâu dây Cuén cao ¸p : Cuén trung áp: Cuộn hạ áp : Đầu đầu A B C Am Bm Cm a b c Đầu cuối X Y Z Xm Ym Zm x y z Trung tÝnh" N O Nm Om n o b Các kiểu đấu dây ! Dây quấn sơ cấp thứ cấp MBA ba pha nối (Y) tam giác (Δ D), người ta dùng chữ in hoa chữ thường để phân biệt sơ thứ cấp Có trường hợp: " " " " Dây quấn sơ cấp thứ cấp nối sao, ký hiệu Y/Y, Yy Dây quấn sơ cấp thứ cấp nối tam giác, ký hiệu Δ/Δ, Dd Dâyquấn sơ cấp nối thứ cấp nối tam giác, ký hiệu Y/Δ, Yd Dây quấn sơ cấp nối tam giác thứ cấp nối sao, ký hiệu Δ/Y, Dy 72 V Máy biến áp ba pha (4/16) b Các kiểu đấu dây Sơ đồ nối dây đồ thị véc tơ tương ứng để xác định góc lệch pha điện áp dây thứ cấp điện áp dây sơ cấp bốn tổ nối dây: 73 V Máy biến áp ba pha (5/16) c Tổ nối dây A A SC X a x TC Sđđ dq SC Sđđ dq TC 3600 x X kim phút (12) a kim (1 12) Φ MBA pha I/I - 12 74 V Máy biến áp ba pha (6/16) c Tổ nối dây (tiếp) A A A X a X x x a Φ x X 1800 Φ a I/I - V Máy biến áp ba pha (7/16) d Cách xác đinh tổ nối dây A B C A B C B EA B X Y Z a b c B C Z Y X EA B EA B A Eab b Eab y z x x y z b c Eab c z x O 360 y a a x y YyO12 EA B A X Y Z a b c n C Z Y X z YΔ11 330O V Máy biến áp ba pha (8/16) 5.3 MBA làm việc song song ! Để đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ tht, ngêi ta thêng cho hc nhiỊu MBA vËn hành song song ! Điều kiện để MBA làm viƯc song song: + Cïng tỉ nèi d©y + Cïng cấp điện áp hệ số biến đổi + Cùng điện áp ngắn mạch ! Hệ số tải MBA làm việc song song tỷ lệ nghịch với điện áp ngắn mạch chúng 1 1 : β : β3 : β n = : : : un1 un un unn 77 V Máy biến áp ba pha (9/16) 5.3 MBA làm việc song song ! Cã thĨ tÝnh hƯ sè t¶i β theo c«ng thøc sau: S1 S β1 = = Sdmi Sdm1 u n1 ∑ uni % β2 = S un ∑ S dmi uni % β3 = S un ∑ S dmi uni % S - Tæng công suất tải; Sđmi - Dung lượng máy biến áp thứ i uni% - Điện áp ngắn mạch % cđa m¸y thø i 78 V Máy biến áp ba pha (10/16) 5.4 Một số vấn đề cần lưu ý sư dơng vËn hµnh MBA" ! ! ! ! ! Không để MBA làm việc không tải non tải MBA nên đặt gần trung tâm phụ tải để giảm tổn thất đường dây Cần theo dõi hiệu suất MBA để có biện pháp kịp thời bảo dưỡng, vận hành nâng cao hiệu suất sử dụng máy Định kỳ kiểm tra mức dầu máy, tránh tượng dầu cạn gây nóng máy tăng tổn hao cháy nổ Khi chọn MBA làm việc song song phải đảm bảo điều kiện đà nêu Un máy không nên chênh lệch 10% 79 V Máy biến áp ba pha (11/16) Bài toán 1: Một nhà máy chế biến thực phẩm lắp đặt trạm biến áp có thơng số sau: S = 1250kVA, U = 22/0,4kV, f = 50Hz , Y/∆-11 Po = 1720W, Pn = 12910W, Io% = 1,2% , Un% =5,5% Khi máy vận hành thường xuyên đo dòng điện tải từ 700A – 800A Một số ý kiến cho máy vận hành non tải để tiết kiệm lượng cần thay máy khác có cơng suất thấp sau S = 630kVA , U = 22/0,4kV, f = 50Hz , Y/∆-11 Po = 1150W, Pn = 6040W, io% = 1,4 , Un = 5% Trên quan điểm sinh viên, anh chị cho biết việc thay có tiết kiệm lượng khơng? Hãy tính dòng điện tải để MBA đạt hiệu suất cao 80 V Máy biến áp ba pha (12/16) Lời giải: Với máy 1250kVA, ta có: + Dịng điện thứ cấp định mức S 1250000 I dm = = = 1804 A 3.U 3.400 + Hệ số tải MBA I 700 ÷ 800 β= = = 0,388 ÷ 0, 443 I dm 1804 + Tổn hao MBA tải thực tế pCu = β pn = 0,3882.12910 ÷ 0, 4432.12910 = 1943,5 ÷ 2533,5 + Tổng tổn hao máy 1250kVA tải thực tế pΣ = pFe + pCu = P0 + pCu = 1720 + (1943,5 ÷ 2533,5) $ pΣ = 3663,5 ÷ 4253,5 81 V Máy biến áp ba pha (13/16) Với máy 630kVA, ta có: + Dịng điện thứ cấp định mức S 630000 I dm = = = 909 A 3.U 3.400 + Hệ số tải MBA β = I2 I dm = 700 ÷ 800 = 0, 77 ÷ 0,88 909 + Tổn hao MBA tải thực tế pCu = β pn = 0, 77 2.6040 ÷ 0,882.6040 = 3581 ÷ 4677 + Tổng tổn hao máy 630kVA tải thực tế pΣ = pFe + pCu = P0 + pCu = 1150 + (3581 ÷ 4677) $ pΣ = 4731 ÷ 5827 82 V Máy biến áp ba pha (14/16) Kết luận: ! Với kết tính toán trên, thay máy 1250kVA máy 630kVA không kinh tế mặt tiết kiệm điện ! Máy biến áp 1250kVA đạt hiệu suất cao tổn hao sắt tổn hao đồng, nghĩa là: P0 = ! Suy Pn dòng điện tải là: ) = r P0 = Pn r 1150 = 0, 436 6040 I2 = I2dm = 0, 436 · 1804 = 786, A 83 V Máy biến áp ba pha (15/16) Bài toán 2: Cho MBA có thơng số bảng sau U1/ Thông số S (kVA) U2(kV) f (Hz) Máy 1 400 22/0,4 50 Máy 2 630 22/0,4 50 Máy 3 1000 22/0,4 50 Tổ nối dây Un Y/Y-‐6 5% Y/Y-‐6 5.5% Y/Y-‐6 6% Cho MBA làm việc song song cung cấp cho tải có cơng suất 1900kVA Tính dung lượng dịng điện máy cung cấp cho tải Lời giải: Sdmi 400 630 1000 = + + = 316, + ta có ∑ uni % 5,5 β1 = S un1 %.∑ S dmi uni = 1900 = 1, 05 ⇒ S1 = β1S1dm = 420kVA 5.361, 84 V Máy biến áp ba pha (16/16) Lời giải (tiếp): 1900 = 0,956 ⇒ S2 = β S2 dm = 602, 2kVA 5,5.361, 1900 β3 = = 0,876 ⇒ S2 = β S2 dm = 876kVA 6.361, β2 = ! Dòng điện máy: I1dm S1dm 400.103 = = = 577,3 A ⇒ I1 = β1 I1dm = 1, 05.577,3 = 606 A 3U1dm 3400 I dm S2 dm 630.103 = = = 909,3 A ⇒ I = β I1dm = 0,956.909,3 = 869,3 A 3U1dm 3400 I 3dm S3dm 1000.103 = = = 1443 A ⇒ I = β3 I 3dm = 0,876.1443 = 1264 A 3U1dm 3400 85 V Máy biến áp ba pha (16/16) Bài toán (về nhà nghiên cứu): Một xí nghiệp dùng trạm MBA có tổ nối dây, tần số 50Hz có thông số khác sau: Thông số S (kVA) U1/U2(kV) P0(W) Máy 1 500 22/0,4 950 Máy 2 800 22/0,4 1300 Pn(W) 7000 10500 Un 5% 5.5% Hai MBA đặt vị trí cung cấp điện cho phân xưởng chế biến độc lập với Khi kiểm toán lượng đo dòng điện tải máy 420A máy 600A, điện áp 400V Có ý kiến sau: + Bỏ máy 1, dồn tải sang máy + Cho hai máy vận hành song song + Cứ để nguyên trạng Theo quan điểm anh chị, phương án tối ưu mặt lượng Và tính xem hay máy đạt hiệu suất cao dòng tải 86