Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 9: Máy điện đồng bộ - Phạm Hùng Phi

CHƯƠNG IX : m¸y ®iÖn ®ång bé 9.1 Kh¸i niÖm chung 9.2 Cấu tạo 9.3 Nguyên lý làm việc của máy phát đồng bộ 3 pha 9.4 Từ trường và phản ứng phần ứng 9.5 Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị véc tơ 9.6 §Æc tÝnh gãc 9.7 §Æc tÝnh lµm viÖc 9.9 §éng c¬ ®ång bé 2. C¸c sè liÖu ®Þnh møc: Pđm, Uđm, Iđm, nđm 9.1 Kh¸i niÖm chung 1. §Þnh nghÜa: Máy điện xoay chiều, tốc độ rôto n = n1 (đồng bộ) 9.2 Cấu tạo - Stato (Phần ứng): như stato ĐCKĐB - Rôto (Phần cảm): NCĐ một chiều Stato Rôto Dây quấn kích từ * Đặc điểm: D nhỏ, L lớn, n cao D lớn, L nhỏ, n thấp a. Rôto cực ẩn b. Rôto cực lồi 9.3 Nguyên lý làm việc của máy phát đồng bộ 3 pha U= S N φo Eo Eo = 4,44 f Wkdqφo f = pn 60 CD II3pha
Từ trường quay 1 60f n p =
n = n1 n 9.4 Từ trường và phản ứng phần ứng Khi không tải: φo Khi có tải: φư + φ0
φ0 thay đổi: Phản ứng phần ứng Lưới nối với tải 1. Tải thuần trở 0I pha E≡ r uur oE ur oφ r N Sn I r φr − Phản ứng phần ứng ngang trục q
giảm φ0 khi bão hòa 2. Tải thuần cảm I r chậm sau oE ur 1 góc 90o oE ur oφ r nN S I rφ r − Phản ứng dọc trục d
giảm φ0 : khử từ 3. Tải thuần dung oE ur oφ r n N S I r φr − I r vượt trước oE ur 1 góc 90o Phản ứng dọc trục trợ từ 4. Tải hỗn hợp Giả sử tải có tính chất điện cảm I r chậm sau oE ur 1 góc ψ oφ r n N S oE ur I r I r d I r q φr −q φr−dPhản ứng vừa ngang trục vừa dọc trục khử từ ψ Id = Isinψ Iq = Icosψ φ r −d φ r −q 9.5 Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị véc tơ 1. Chế độ máy phát φo φưd do Ikt a. M¸y cùc låi do Id φưq do Iq Mãc vßng stato
r«to φt do I
mãc vßng riªng víi stato δdδq φt φo φưd ud d udE jI X • • = − φưq uq q uqE jI X • • = − o ud uq t uU E E E E R I • • • • • • = + + + − Phương tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p: o d qud uq t uU E jI X jI X jI X R I • • • • • • = − − − − φt t tE jI X • • = − 0E • Xud: điện kháng phản ứng phần ứng dọc trục Xuq: điện kháng phản ứng phần ứng ngang trục d qI I I • • • = + o d qud t uq t uU E jI (X X ) jI (X X ) R I • • • • • = − + − + − o d qd q uU E jI X jI X R I • • • • • = − − − o d qd qU E jI X jI X • • • • = − − qI r dI r ψ I r oE ur ϕ θ q qjI X− r d djI X− r U ur * §å thÞ vÐc t¬ - T¶i mang t/c ®iÖn c¶m - T¶i mang t/c ®iÖn dung ψ I r oE ur qI r dI r d djI X− r q qjI X− r U ur ϕ θ θ = ψeo - ψu ψ = ψeo- ψi ϕ = ψu - ψi Xd = Xud + Xt: điện kháng đồng bộ dọc trục Xq = Xuq + Xt: điện kháng đồng bộ ngang trục o dbU E jI X • • • = − b. M¸y cùc Èn V× δd = δq = δ Xd = Xq = X®b: điện kháng đồng bộ o d q dbU E j(I I )X • • • • = − + * §å thÞ vÐc t¬ ψ I r oE ur ϕ θ U ur ψ I r oE ur U ur θ T¶i mang t/c ®iÖn c¶m T¶i mang t/c ®iÖn dung dbjIX− r dbjIX− r ϕ- NhËn xÐt + θ >0 : E0 vượt trước U + góc Eo và U 2. ChÕ độ ®éng c¬ o dbU E jI X • • • = + * §å thÞ vÐc t¬ ψ θ I r U ur ϕ oE ur dbjI X− r - NhËn xÐt vÒ gãc θ: M¸y cùc Èn U vượt trước E0 9.6 §Æc tÝnh gãc 1. §Æc tÝnh gãc c«ng suÊt t¸c dông: P = f(θ) qI r dI r ψ I r oE ur ϕ θ q qjI X− r d djI X− r U ur P = mUIcosϕ ϕ = ψ - θ P = mU[ Icosψcosθ+ Isinψsinθ] Iq Id q q UsinI X θ = a. M¸y cùc låi o d d E UcosI X − θ = o q d E UcosUsinP mU[ cos sin ] X X − θθ = θ + θ o d mUEP sin X = θ 2mU 2 + q d 1 1( )sin 2 X X − θ -0 .0 1 -0 .0 0 8 -0 .0 0 6 -0 .0 0 4 -0 .0 0 2 0 0 .0 0 2 0 .0 0 4 0 .0 0 6 0 .0 0 8 0 .0 1 -1 .5 -1 -0 .5 0 0 .5 1 1 .5 θ P P = Pe+ Pu o e d mUEP sin X = θ 2 u q d mU 1 1P [ ]sin 2 2 X X = − θ Pe Pu P MF §C Pc¬ θlv θlv = 20o ÷ 30o b. M¸y cùc Èn V× δd = δq = δ Xd = Xq = X®b P = Pe o db mUE sin X = θ 2. §Æc tÝnh gãc c«ng suÊt ph¶n kh¸ng: Q = f(θ) NÕu bá qua ∆P1 => P = P®t 2 o dt d q d mUE mU 1 1M sin [ ]sin 2 X 2 X X = θ + − θ ω ω Q = mUIsinϕ ϕ = ψ - θ Q = mU[ Isinψcosθ- Icosψsinθ] * Víi m¸y cùc Èn 2 o db db mUE mUQ cos X X = θ− o db mUQ (E cos U) X = θ− > 0 < 0 = 0 ∈ kÝch tõ 9.7 §Æc tÝnh lµm viÖc 1. §Æc tÝnh ngoµi U = f(I) I U I®m U®m R R-L I Ikt I®m Ikt®m R- C R R- C 2. §Æc tÝnh ®iÒu chØnh Ikt = f(I) R-L 9.8 §éng c¬ ®ång bé 2. Më m¸y φΣ n1 F®tF®t f = 50Hz, T = 0,02 s Sau 0,01 s
Từ trường quay được 1800
F®t ®æi chiÒu ngược l¹i F®t F®t
§éng c¬ kh«ng më m¸y ®ược N S u~3pha TT quay tèc ®é n1 U1chiều Dòng, lực điện từ 1. Nguyªn lý lµm viÖc - Phương ph¸p kh«ng ®ång bé dq më m¸y d¹ng lång sãc - Phương ph¸p ®ång bé + §éng c¬ phô trî + BiÕn tÇn 1 1 2 2 RT * Phương pháp mở máy RT = (10 ÷ 15)rkt d©y quÊn kÝch tõ Môc ®Ých : B¶o vÖ d©y quÊn kÝch tõ 3. §iÒu chØnh hÖ sè cosφ §K : P = const do Pcơ = const o dbU E jI X • • • = + P = mUIcosϕ = const I r n ch¹y trªn n o db mUEP sin X = θ = const const oE ur ch¹y trªn m m θ I r U ur ϕ oE ur dbjI X r A B C D = const = const n m θ I r U ur ϕ oE ur dbjIX r O d 1. ThiÕu kÝch tõ: chËm sau ϕ > 0, Q = Ptgϕ >0 §éng c¬ nhËn Q tõ lưới ®iÖn
tÝnh chÊt ®iÖn c¶m I r U ur 2. Q = 0:
tÝnh chÊt ®iÖn trë 2I r U ur trïng pha ϕ = 0 Q = Ptgϕ = 0 Động cơ không nhận Q từ lưới điện 2 dbjI X r o3E ur o2E ur ktI r 2I r 3.Qu¸ kÝch tõ : ktI r 3 dbjI X r 3I r ϕ < 0 Q = Ptgϕ < 0
tÝnh chÊt ®iÖn dung: ph¸t Q vÒ lưới ®iÖn ThiÕu kÝch tõ Qu¸ kÝch tõ 2I r U ur sím pha o2E ur
o3E ur
4. M¸y bï ®ång bé * Ưu nhược điểm của động cơ đồng bộ • Công suất lớn • Tốc độ không đổi, không phụ thuộc tải • Điều chỉnh cosφ, phát công suất phản kháng • Cấu tạo phức tạp • Giá thành cao • Công suất tác dụng P = 0 • Phát công suất phản kháng Q vào lưới: Tụ bù ba pha