Biến đổi lượng điện -Máy điện đồng Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Máy điện đồng - Giới thiệu  Máy điện đồng chủ yếu dùng làm máy phát ba pha hệ thống điện Công suất từ vài kVA tới 1100 MVA  Cuộn dây ba pha quấn stator (phần đứng yên) cuộn kích từ DC quấn rotor (phần quay) Các máy công suất nhỏ dùng nam châm vĩnh cửu để tạo từ trường rotor  Tốc độ rotor tỉ lệ thuận với tần số điện áp (dòng điện) stator, độc lập với tải  Nội dung giới hạn khái niệm moment tạo hoạt động xác lập dùng mạch điện tương đương Máy điện quay pha hai pha giới thiệu sơ lược nhằm giúp phân tích hoạt động máy ba pha Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Máy điện quay pha  Xét máy điện hình Fig 6.1, với cuộn stator rotor quấn phân bố Từ thông móc vòng sau:  s  N s2 L0 i s  N s N r L0 1  2  i r  Ls i s  Lsr  i r  r  N s N r L0 1  2  i s  N r2 L0 i r  Lsr  i s  Lr i r  Hai cuộn dây có đồng lượng 1 W  Ls i s  Lr i r2  Lsr  i s ir 2 ' m  Moment lực từ tính '  W dLsr   e m T   i s ir  is ir M sin    d Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Máy điện quay pha (tt)  Mô hình động máy (Fig 6.3) d v s  i s Rs  s dt d r v r  i r Rr  dt d 2 d J  K  B T e T m dt dt Trong Tm moment tác động theo chiều quay   Ở trạng thái xác lập, công suất pm  T e m   m I s I r M cos s t  cosr t sin    Giả sử điều kiện tần số thỏa, công suất trung bình pm av    m I s I r sin     số cho  = mt +  Moment tạo dạng đập mạch, với giá trị từ tới giá trị đỉnh Có thể triệt tiêu cách thêm cuộn dây stator rotor, cho máy điện hai pha Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Máy điện quay hai pha  Xét máy điện pha với cuộn stator rotor đơn giản hình Fig 6.4 Hai cuộn stator hỗ cảm, cuộn rotor tương tự Đồng lượng tính từ từ thông móc vòng (xem sách) Moment tính sau '  W m Te   M iar ibs  i as ibr  cos   i as i ar  ibr ibs  sin     Khi dòng pha cân đưa vào cuộn hai pha cân bằng, công suất không đổi tạo p m  T e  m   m I r I s M sin  m   s   r t     Do cuộn dây quấn lệch 900 dòng điện pha lệch 900 (điện), tần số quay tạo có Biến đổi lượng điện p m   m I r I s M sin   Bộ môn Thiết bị điện Máy điện đồng ba pha  Xét máy điện pha cực từ lồi có cực (Fig 6.7) Máy cực lồi dùng máy phát thủy lực có tốc độ thấp động đồng pha công suất nhỏ Dây quấn stator phân bố dùng để tạo mmf dạng sin quanh bề mặt Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Khái niệm từ trường quay  Các cuộn stator ba pha bố trí lệch pha không gian 1200 Khi cấp cho chúng dòng điện ba pha, cuộn tạo từ trường quay với độ lớn không đổi, giả thiết lõi thép không bảo hòa Tương tự, stator với cuộn dây pha lệch 900 tạo từ trường quay cấp vào dòng điện pha Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Rotor cực lồi Rotor cực ẩn  Rotor cực lồi không khảo sát nội dung Với rotor cực ẩn, moment tính '  W dM ar dM br dM cr e m T   ia i r  ib i r  ic i r d d  d  i a ir M sin    ib i r M sin   120  ic ir M sin   120  Biến đổi lượng điện   Bộ môn Thiết bị điện  Máy điện đồng - Trường hợp rotor cực ẩn  Khi bị kích thích dòng điện ba pha cân bằng, với dòng rotor không đổi, moment viết dạng  I m I r M sin   s t   I m I r M sin mt    s t   T  2 e Trong  = mt +  Moment có giá trị trung bình sau, m = s (tốc độ đồng bộ) 3 T   I m I r M sin     I a I r M sin   2 e  Vì tốc độ đồng m với tốc độ điện s (rad/s) 2n s m   2f 60 Trong ns tốc độ đồng tính vòng/phút (rpm) Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Điện áp xác lập  Điện áp pha xác lập MI r V a  j L0  s I a  j  s e j  jx s I a  E ar 2  Mạch điện tương đương với giản đồ pha tương ứng chế độ động biểu diễn  gọi góc moment, tính từ Va tới Ear jxs Ia Va PT Pm Elec Mech Va jxsIa Ear  Ear   Tương tự cho pha b pha c Biến đổi lượng điện Ia Bộ môn Thiết bị điện Công suất tính điện áp  Dòng điện có dạng Va  E ar Ia  jx s  Ở điều kiện cân bằng, công suất tổng  PT  Pa  Re E ar I a*  E ar  E ar   Lấy Va làm chuẩn, 3E arVa     3E arVa sin    PT  Re jE ar   Va 0  xs xs xs    Biểu thức moment 3E arVa sin   T    m s x s s e PT PT  Ở chế độ động cơ, PT > 0, góc  < Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Máy phát đồng  Phương trình cân điện áp mạch tương đương Va   jx s I a  E ar or E ar  Va  jx s I a  Dòng điện công suất  Va 0  E ar     3Va E ar sin     PT  Re  jx s xs   E ar  Va Ia  jx s jxs Ear Ia Va  Ear  Va Ia Biến đổi lượng điện jxsIa Bộ môn Thiết bị điện Ví dụ 6.1  Một máy điện đồng ba pha, nối Y, 60 Hz, cực, có điện kháng đồng xs = /pha Khi hoạt động chế độ động cơ, máy tiêu thụ 30 A điện áp pha 254 V PF 0.8 sớm pha Tìm Ear Te Nếu máy có tổng tổn hao tổn hao sắt 400 W, tính moment đầu trục? Hiệu suất? jxs Ia  Ia Va Ear  Va jxsIa Ear Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Ví dụ 6.3  Điều chỉnh dòng kích từ Ir để công suất giống vd 6.2 PF Tính dòng stator Ear   PT cos 0 18286 Ia    24 A 3Va  254 jxs E ar  254  j120  280.9  25.8 V Ia Va Ia Ear Va  jxsIa Ear Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Ví dụ 6.4  Máy đồng ba pha, cực, nối Y, có điện kháng đồng pha xs =  Máy vận hành chế độ máy phát, phát công suất với điện áp pha 1905 V Dòng điện 350 A PF tải 0.8 trễ pha Tính Ear, , moment điện từ   E ar  1905  j 350  36.87  239113.54 V Te  3E arVa sin    2391 1905  0.23416  42440 N.m  xs s  377 Ear Ia Va jxs  Ear  Va Ia Biến đổi lượng điện jxsIa Bộ môn Thiết bị điện Máy điện đồng nhiều cực  Số cực máy điện định nghĩa kết cấu dạng từ trường Xét rotor hình Fig 6.24(a) Với cuộn dây, có hai cực quanh bề mặt Với rotor hình Fig 6.24(b), quanh bề mặt có cực Từ trường quay có chu kỳ (7200) vòng quay 3600 Điều có nghĩa  elec  2 mech  Tổng quát, với máy có p cặp cực, elec   s  pmech Trong s tần số góc động điện rad/s Quan hệ tần số đồng f (Hz) tốc độ đồng ns 60 f ns  p Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Ví dụ 6.5  Máy phát đồng pha, 60 Hz, cực, nối Y, kéo tuabin cấp 16910 W tới trục máy phát Tổn hao 500 W Dòng kích từ điều chỉnh để sđđ Ear tỉ lệ với dòng kích từ mỗi, Ear = 355 V Máy phát cấp cho tải 440 V (line-to-line) Tìm tốc độ, vector pha Ear, Ia, công suất tác dụng phản kháng máy phát Điện kháng đồng pha xs =  Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện Cải thiện hệ số công suất  Động đồng nhận công suất điện PF sớm hay trễ pha Đặc tính dùng để cải thiện PF tổng lưới điện  Trong thực tế, máy bù đồng động chạy không tải, có kích từ thay đổi Ở điều kiện này, từ biểu thức công suất, Earsin phải số (do công suất tác dụng nhận từ nguồn không đổi), đưa tới giản đồ pha sau Va  Vì thế, tăng kích từ, biên I’a đọ dòng góc lệch Va and jxsIa jxsI’a Ia giảm (hay PF tăng) Ia Ear Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện E’ar Ví dụ 6.7  Một tải ba pha nối Y 1500 kW 0.8 PF trễ pha nối với nguồn pha có điện áp dây 1732 V Một động đồng không tải nối song song với tải để cải thiện hệ số công suất lên Tìm dòng tiêu thụ động đồng Biến đổi lượng điện Bộ môn Thiết bị điện [...]... Điều chỉnh dòng kích từ Ir để công suất giống như ở vd 6 .2 và PF là 1 Tính dòng stator mới và Ear   PT cos 0 0 1 828 6 Ia    24 A 3Va 3  25 4 jxs E ar  25 4  j 120  28 0.9  25 .8 0 V Ia Va Ia Ear Va  jxsIa Ear Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thi t bị điện Ví dụ 6.4  Máy đồng bộ ba pha, 2 cực, nối Y, có điện kháng đồng bộ mỗi pha xs = 2  Máy đang vận hành ở chế độ máy phát, phát công suất với...  j 2 350  36.87 0  23 9113.54 0 V Te  3E arVa sin   3  23 91 1905  0 .23 416  424 40 N.m  xs s 2  377 Ear Ia Va jxs  Ear  Va Ia Biến đổi năng lượng điện cơ jxsIa Bộ môn Thi t bị điện Máy điện đồng bộ nhiều cực  Số cực trong máy điện được định nghĩa bởi kết cấu của dạng từ trường Xét rotor ở hình Fig 6 .24 (a) Với 1 cuộn dây, có hai cực khi đi quanh bề mặt Với rotor trong hình Fig 6 .24 (b),... jxsIa Bộ môn Thi t bị điện Ví dụ 6.1  Một máy điện đồng bộ ba pha, nối Y, 60 Hz, 2 cực, có điện kháng đồng bộ xs = 5 /pha Khi hoạt động ở chế độ động cơ, máy tiêu thụ 30 A tại điện áp pha 25 4 V và PF là 0.8 sớm pha Tìm Ear và Te Nếu máy có tổng tổn hao cơ và tổn hao sắt là 400 W, tính moment ra đầu trục? Hiệu suất? jxs Ia  Ia Va Ear  Va jxsIa Ear Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thi t bị điện... Fig 6 .24 (b), quanh bề mặt có 4 cực Từ trường quay sẽ có 2 chu kỳ ( 720 0) trong một vòng quay cơ 3600 Điều này có nghĩa là  elec  2 mech  Tổng quát, với máy có p cặp cực, elec   s  pmech Trong đó s là tần số góc động bộ điện rad/s Quan hệ giữa tần số đồng bộ f (Hz) và tốc độ cơ đồng bộ ns là 60 f ns  p Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thi t bị điện Ví dụ 6.5  Máy phát đồng bộ 3 pha, 60 Hz,... (hay là PF tăng) Ia Ear Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thi t bị điện E’ar Ví dụ 6.7  Một tải ba pha nối Y 1500 kW tại 0.8 PF trễ pha được nối với nguồn 3 pha có điện áp dây 17 32 V Một động cơ đồng bộ không tải được nối song song với tải để cải thi n hệ số công suất lên 1 Tìm dòng tiêu thụ của động cơ đồng bộ Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thi t bị điện ... Ear, Ia, công suất tác dụng và phản kháng của máy phát Điện kháng đồng bộ mỗi pha là xs = 5  Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thi t bị điện Cải thi n hệ số công suất  Động cơ đồng bộ có thể nhận công suất điện tại PF sớm hay trễ pha Đặc tính này có thể được dùng để cải thi n PF tổng của lưới điện  Trong thực tế, máy bù đồng bộ là một động cơ chạy không tải, và có kích từ thay đổi Ở điều kiện này,... PT  3 Pa  3 Re E ar I a*  E ar  E ar   Lấy Va làm chuẩn, 3E arVa  2    3E arVa sin   3 0  PT  Re jE ar   Va 0  xs xs xs    Biểu thức moment 3E arVa sin   T    m s x s s e PT PT  Ở chế độ động cơ, PT > 0, góc  < 0 Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thi t bị điện Máy phát đồng bộ  Phương trình cân bằng điện áp của mạch tương đương Va   jx s I a  E ar or E ar ... Bộ môn Thi t bị điện Ví dụ 6.3  Điều chỉnh dòng kích từ Ir để công suất giống vd 6 .2 PF Tính dòng stator Ear   PT cos 0 1 828 6 Ia    24 A 3Va  25 4 jxs E ar  25 4  j 120  28 0.9  25 .8 V... s  N s2 L0 i s  N s N r L0 1  2  i r  Ls i s  Lsr  i r  r  N s N r L0 1  2  i s  N r2 L0 i r  Lsr  i s  Lr i r  Hai cuộn dây có đồng lượng 1 W  Ls i s  Lr i r2  Lsr... 1905  j 350  36.87  23 9113.54 V Te  3E arVa sin    23 91 1905  0 .23 416  424 40 N.m  xs s  377 Ear Ia Va jxs  Ear  Va Ia Biến đổi lượng điện jxsIa Bộ môn Thi t bị điện Máy điện