Giáo trình Máy điện

Bài 2: Máy biến áp có Sđm=20000kVA; U1 = 126,8kV; U2=11kV; f = 50kHz . Diện tích lõi thép là 3595 cm2 ; B = 1,5 T. Tính W1 ; W2 CHƯƠNG 4 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC VỚI TẢI ĐỐI XỨNG §4.1.GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG Trong quá trình truyển tải năng lượng qua MNA phần tổn hao cho MBA tổn hao đồng, tổn hao sắt Þ phần công suất điện từ truyền qua máy Pđt = P1 – Pcu1 – PFE =E2’.I2’.cosY2 P1: Công suất phần sơ cấp P1=U1.I1.cosj1 : tổn hao điện trở sơ cấp : tổn hao sắt từ Công suất tác dụng + Đối với tải cảm do j2 > 0 ® Q2 > 0 , Q1 >0 Þ công suất phản kháng truyền từ sơ cấp đến thứ cấp + Đối với tải dung j2 < 0 ® Q2 < 0 Nếu Q1 >0 toàn bộ công suất phản kháng dùng từ hoá lõi thép Q1<0 toàn bộ công suất phản kháng truyền ngược lại thứ cấp sang sơ cấp §4.2. ĐỘ THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP CỦA MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁCH ĐIỀU CHỈNH Độ thay đổi điện áp gọi hiệu số học giữa trị số điện áp lúc không tải và có tải trong điện áp sơ cấp không đổi - Thay đổi tùy theo giãn tải Tải cảm: Tải dung: U20: điện áp thứ cấp lúc không tải U2: điện áp thứ cấp lúc có tải * Cách điều khiển: - Cân đối giữa tải dung và tải cảm ®DU giảm - Thay đổi tỷ số điện áp : Nếu thay dổi W1 hoặc W2 Þ k2 khác - Điện áp dưới tải nhỏ biến thiên tỉ số biến áp khi tải đang làm việc - Điện áp không tải cắt điện khi thay đổi tỉ số biến áp * Hiệu suất của máy biến áp P1, P2 công suất có ích åP: Tổng tổn hao P2 » b - Sđm.cosj2 = P0 b: Hệ số tải Tổn hao đồng: Nếu cosj2 = const thì h là hàm b hay h= f(b) Cực đại khi hay Chú ý : Hiệu suất của máy biến áp sẽ cực đại ở một tải nhất định ứng với khi tổn hao không đổi bằng tổn hao biến đổi hay tổn hao sắt bằng tổn hao đồng §4.4. MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG Đơn giản thiết kế, dễ bảo dưỡng, tăng hiệu quả kinh tế, người ta ghép máy biến áp song song - Điều kiện: + Cùng tổ nối dây + Cùng điện áp và tỉ số biến đổi + Cùng điện áp ngắn mạch Un% (qui định độ phân phối tải trong máy) - Một số công thức: S: tải chung của i máy Bài tập: Cho 3 máy biến áp ba pha làm việc song song Máy I : S=560 kVA 22/0,4 kV ; YD-11; UnI =5%; P0=800W ; Pn =800 W Máy II : S=1000 kVA 22/0,4 kV; YD-11; UnI =5,6%; P0=1200W ; Pn =1300 W Máy III : S=800 kVA 22/0,4 kV; YD-11; UnI =6,5%; P0=1080W ; Pn =11080 W Tính dòng điện thứ cấp định mức của mỗi máy Cho 3 máy làm việc công suất chung cho tải S = 2300kVA 2.1. Tính hệ số tải mỗi máy 2.2. Tính tổn hao của mỗi máy ứng với hệ số tải 2.3. Tính dòng điện mỗi máy để hmax Bài làm: 1. Từ ; 2.1. Từ 2.2. Tổn hao của mỗi máy : 2.3. CHƯƠNG 5 MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC VỚI TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG §5.1. ĐẠI CƯƠNG Máy biến áp làm việc không đối xứng khi tải phân phối không đều cho 3 pha, dòng không bằng nhau Þ ảnh hưởng xấu đến tình trạng làm việc bình thường của MBA như Ud, Uf , tổn hao phụ trong dây quấn và lõi thép tăng lên, độ chênh lệch trong dây quấn quá qui định Nghiên cứu ta dùng phương pháp phân lượng đối xứng. Hệ thống dòng điện không đổi ® phân ra thành 3 hệ thống dòng điện đối xứng: Thứ tự thuận ; Thứ tự ngược ; Thứ tự không Quan hệ Trong đó : Hệ thống thứ tự thuận và hệ thống thứ tự ngược xét như trong phần tải đối xứng. Dòng thứ tự không chỉ tồn tại khi tổ nối dây YD. Để phân tích giả sử từ không bão hoà. Hệ số thứ cấp chuyển đổi về sơ cấp. §5.2.MÁY ĐIỆN THAY THẾ VÀ TỔNG TRỞ CỦA MÁY BIẾN ÁP ĐỐI VỚI CÁC THÀNH PHẦN KHÔNG ĐỐI XỨNG Chỉ xét thành phần thứ tự không ® thành phần này sinh ta từ thông thứ tự không gọi là fto trùng pha về thời gian * Xảy ra trường hợp + Trong tổ MBA 3 pha fto khép mạch trong lõi thép và do từ trở lõi thép nhỏ dù IA0, IB0 ,IC0 nhỏ nhưng f lớn + Đối với MBA 3 pha 5 trụ thì fto không đáng kể ghép mạch qua lõi thép mà phải khép mạch qua vách thùng dầu ® sinh ra trong cuộn sơ cấp và thứ cấp tự cảm. * Tổ nối dây : Yoyo Tổng trở thứ tự không là Zto: là tổng trở có được khi đo ở một phía MBA với điều kiện phía kia ngắn mạch có trị số giả thiết (Z1¸Zo) §5.3. TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 1. Khi có dòng điện thứ tự không a. Tổ nối dây: Yy0 không đối xứng; Dòng thứ cấp cân bằng dòng sơ cấp. Dòng thứ tự không không cân bằng Þ sinh ra rừ thông fto ® Vì và ta suy ra được : * Do sơ cấp nối Y nên: Ta tìm được điện áp pha sơ cấp - Sự ảnh hưởng của thứ tự không làm cho điểm trung tính xê dịch ® làm cho điện áp không đối xứng * Thứ cấp yo - Dòng thứ tự không làm lệch điểm trung tính một đoạn do . Tuy nhiên sự khác nhau không đáng kể Kết luận: Sự xê dịch điểm trung tính làm điện áp pha mất đối xứng bất lợi cho phụ tải không cho phép và hạn chế sử dụng tổ nối dây Yyo đối máy ba pha, ba trụ b. Tổ nối dây Yoyo ; YoD Do thứ tự không tồn tại hai phía thứ và sơ cấp MBA mà nó cân bằng nhau Þ không sinh ra fto , Eto ảnh hưởng của dòng thứ tự không làm điểm trung tính xê dịch không đáng kể. 2.Khi không có thành phần thứ tự không Y/Y, D/D, D/Y, Y/D Trong trường hợp này khi tải mất cân bằng DU ở các pha không bằng nhau, do Zn nhỏ nên sự mất cân bằng không đáng kể §5.4. NGẮN MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG 6 QUÁ ĐỘ CỦA MÁY BIẾN ÁP §6.1. ĐẠI CƯƠNG Quá trình quá độ: + Quá dòng điện + Quá điện áp §6.2. QUÁ ĐỘ DÒNG ĐIỆN Quá dòng điện xảy ra khi đóng MBA không tải của dòng điện ngắn mạch đột nhiên. 1. Đóng MBA không tải vào lưới Khi đóng MBA tải vào lưới Giả thiết Y~ i ® ® Nối đất: Không nối đất: ở đầu dây quấn ở đầu dây quấn đầu tiên thì điện áp lớn gấp 2 lần trường hợp phân bố đều Þ tăng cường cách điện ở vòng dây đầu tiên của MBA. Þ Nghiệm của phương trình vi phân : thành phần xác lập : thành phần tự do Khi t = 0 ® tồn tại từ thông dư trong lõi thép - Tại thời điểm là thời điểm đóng MBA vào lưới điện là thuận lợi nhất vì - Bất lợi nhất khi ; fdư có dấu dương lúc đó Từ thông vào thời gian nửa chu kỳ sau. Khi đóng mạch và dòng quá độ có thể gấp 5 lần dòng định mức Þ xảy ra hiện tượng đứt mạch (quấn dây tròn để từ trường đều) 2. Ngắn mạch đột nhiên Máy có dung lượng càng lớn thì kxg càmg lớn và ixg gấp vài chục lần dòng định mức. §6.3.QUÁ ĐIỆN ÁP Do thao tác bấm cắt các đường dây, do ngắn mạch nối đất kèm hồ quang, quá điện áp do khí quyển (sét đánh). Sóng điện áp do khí quyển tạo ra không chu kỳ đầu sóng dốc, đuôi sóng thẳng thời gian tác động ngắn vài phần triệu và coi 1/4 chu kỳ sóng điện áp có tần số từ 10000¸50000Hz Cd : điện dung các vòng dây Cq’: điện dung giữa vòng dây và cuộn dây nối đất điện dung dọc điện dung ngang Do có Cq’ sóng xung kích truyền vào dây quấn trong quá trình nạp ban đầu trong các điện tích phân bố không đều trên các điện tích C’q giảm dần A ® X theo qui luật (dây nối đất) (dây quấn không nối đất) với qui ước chiều dài dây quấn bằng một CHƯƠNG 7 CÁC LOẠI BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT §7.1. MÁY BIẾN ÁP BA PHA DÂY QUẤN Các tổ nối dây tiêu chuẩn:Yo/Yo/D; Yo/D/D §7.2.MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU Hai dây quấn nối nhau nên ngoài liên hệ từ còn có liên hệ điện Ưu điểm: tận dụng công suất truyền tải VD: 100 kVA ® hai dây quấn phải tính 100 kVA ® tự ngẫu theo cấp điện áp 22/15 kV Ptt=k.Ptr Þ *Cách tính đường kính dây (một pha) chọn J=2,5¸7 A/mm2 Þ Bài tập: Uvào=220V;Ura = 150V; S= 5kVA klợi dụng= Stính toán=0,32.5=1,6 kVA (Stt) Strụ = chọn J=2,5¸7 A/mm2 (J=4A/mm2) d2 =3,25 (mm) I1+I3=I2 (hình 1) ở hình bên ® I3 = I2 – I1 = 33,3 – 22,7 = 10,6 (A) chọn lõi thép hình xuyến E – I §7.3.MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG - Cần độ chính xác sao cho , an toàn Máy biến dòng điện (TY; BI; CT) 3000/5; 2000/5 500/5 100/5 50/5 - Biến dòng phải ngắn mạch; không bao giờ hở mạch - Máy biến áp hở mạch §7.4.MÁY BIẾN ÁP HÀN Luôn làm việc trong trạng thái chập mạch PHẦN HAI NHỮNG VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG CỦA MÁY ĐIỆN QUAY CHƯƠNG 8 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC MÁY ĐIỆN QUAY §8.1.KẾT CẤU CHUNG CỦA CÁC MÁY ĐIỆN QUAY Kết cấu gồm hai bộ phận chính: Mạch từ và dây quấn. Ở đó diễn ra sự biến thiên năng lượng diện từ, điện – cơ. Ngoài ra còn có các bộ phận khác như vỏ, bộ phận làm mát. + Mạch từ được cấu tạo gồm hai khối thép đồng trục và cách nhau một đoạn sao cho chúng có thể chuyển động tương đối được Å Khối tĩnh: lõi thép stato khối quay lõi thép rôto Å Dây quấn: được đặt ở hai phía của khe hở trong các rãnh của stao và rôto §8.2.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN QUAY - Dựa trên hai định luật cơ bản: + Định luật cảm ứng điện từ + Định luật lực điện từ Vì hai định luật cơ bản trên có tính thuận nghịch nên bất kỳ một máy điện quay nào cũng có thể làm việc thuận nghịch - Có 4 loại máy điện 1.Máy điện không đồng bộ Máy điện không đồng bộ loại máy phổ biến nhất, nguyên lý làm việc như sau : Khi có dòng trong dây quấn tạo ra từ trường quay từ trường này quét qua dây quấn rôto và tạo ra suất điện động do Rôto nối ngắn mạch ® dòng điện rôto ® từ thông rôto, từ thông này kết hợp nới từ thông stato tạo nên từ thông tổng Sự tương tác giữa dòng điện rôto và từ thông tổng tạo nên mômen quay làm cho Rôto quay với tốc độ n ¹ n1 Þ gọi là máy điện không đồng bộ - hệ số trượt: *Một số trường hợp cụ thể 2.Máy điện đồng bộ Rôto quay tạo ra từ trường Ft quay với tốc độ n, Ft cảm ứng nên suất điện động eA, eB. eC có tần số Dòng iA, iB, iC sinh ra từ trường phần ứng quay với tốc độ n1 Do n = n1 nên gọi là máy điện đồng bộ 3. Máy điện một chiều Thực chất là máy điện đồng bộ trong đó suất diện động xoay chiều chỉnh lưu thành suất điện động một chiều chỉnh lưu bằng vành góp 4. Máy xoay chiều có vành góp Là máy điện không bộ dùng hệ thống vành góp đưa dây quấn vào suất điện động phụ mục đích diều chỉnh tốc độ và cosj §8.3.MÔ TẢ TOÁN HỌC CÁC QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG CƠ ĐIỆN TRONG CÁC MÁY ĐIỆN QUAY Phương trìn Kirrchoff viết cho các mạch vòng dây quấn và phương trình chuyển động của Rôto giả thiết mạch từ không bão hoà. Thí dụ mạch vòng k (1<k<s) : suất điện động biến áp : suất điện động quay vận tốc góc - Công suất đưa từ lưới điện vào mạch vòng k tổng công suất tức thời: : Công suất tiêu tán trên dây quấn Do năng lượng từ trường tăng theo thời gian khi ik , in và Lkn tăng Vì vậy để biến đổi năng lượng từ trường phải tiêu hao công suất - Công suất còn lại là công suất cơ truyền qua trụ máy Kết luận: Công suất phản kháng được hiểu là công suất tức thời cực đại lấy từ lưới tạo nên từ trường trong máy (từ trường này không được phép mất đi) Mômen điện từ MC : mômen cản w : vận tốc góc J: mômen quán tính CHƯƠNG 9 DÂY QUẤN CỦA MÁY ĐIỆN QUAY §9.1. ĐẠI CƯƠNG DÂY QUẤN PHẦN CẢM DÂY QUẤN PHẦN ỨNG Mục đích: tạo ra khe hở một từ trường phân bố hình sin ở dây quấn phần cảm đảm bảo có một sức điện động, một dòng điện tương ứng công suất điện từ của máy. - Đảm bảo độ bền về nhiệt, cơ, lý, hoá, phải tiết kiệm kim loại màu - Chế tạo, lắp ráp thuận tiện. §9.2. DÂY QUẤN PHẦN CẢM Là dây quấn mà dòng trong đó là dòng một chiều hoặc dòng xoay chiều có tần số thấp( chỉ có ở máy không đồng bộ) ® dây quấn tập trung trên các cực từ Máy có cực từ xen kẽ: cực lồi và cực ẩn. - Cực lồi thường nối với máy một chiều, máy đồng bộ( xạc điện tua bin nước) - Cực ẩn nối với máy phát đồng bộ, tua bin hơi. Máy có cực tính không đổi. §9.3 DÂY QUẤN PHẦN ỨNG 1.Máy có cực tính xen kẽ ab, cd: cạnh tác dụng,phần trong lõi thép bc, ad: phần đầu nối y: bước dây nối ws: số vòng trong một bối dây -Bước dây nối y có 3 dạng: y=t: bước đủ y>t: bươc dài y<t: bước ngắn với bước cực t= Nguyên tắc thực hiện dây quấn phần ứng căn cứ vao: -số pha: m -số rãnh: z=2mpq -số đôi cực: p -số mạch nhánh song song: a -số sợi chập: n -số rãnh của một pha dưới một cực:q Dây 3 pha tạo ra từ trường quay Vẽ sơ đồ trải dây quấn một lớp: Z=24; m=3; 2p=4 ® ; Dây quấn một lớp là dây quấn bước đủ Dây quấn hai lớp có thể là dây quấn bước ngắn VD:Z=24; m=3; 2p=4 ®;t=6 Dây quấn một lớp bước ngắn: y = 5; Đông khuôn phân tán Z=24; 2p=4; m=3; a=1®q=2 VD: Z=36; 2p=4; m=3; a=1 ®; Dây quấn hai lớp: Z=24; m=3; 2p=4; a=1 ®q =2; t = 6; lấy y=5 thì sao? *Dây quấn có q là phân số: nếu số rãnh nhiều thì răng nhỏ và yếu, nếu số rãnh ít thì suất điện động yếu đặt với q là số rãnh một pha dưới d cặp cực bố trí: (d-c) cực có b bối dây c cực có (b+1) bối dây VD:Z = 15; 2p = 4; m = 3® Phân tích ra: 5 bối dây trên một pha dưới 4 cực b=3 (3bối dây )dưới 3 cực b=1+1 (2 bối dây) dưới 1cực lậy y = 3 *Dây quấn ngắn mặch kiểu lồng sóc -Dùng trong các loại máy điện không đồng bộ, trong các máy phát điện đồng bộ -Cấu tạo: trong mỗi rãnh đặt một thanh dẫn; số pha bằng số thanh dẫn và bằng số rãnh; số vòng Hai đầu thanh dẫn nối liền bằng hai vòng ngắn mạch m=Z=N; 2.Dây quấn phần ứng của máy điện một chiều bối dây nối vào phiến góp -Rãnh nguyên tố : = S = G; S la sô phần tử e = 0: bước đủ e > 0: bước dài e < 0: bước ngắn *Dây quấn xếp Bước vành góp: m = 1:dây qúân xếp đơn m ³ 2 :dây quấn xếp phức Dấu +: quấn thụân -: quấn ngược VD:Z==S=G=16; 2p=4 ; ®= 4 Sơ đồ Góc điện: Dây quấn xếp đơn ®xếp phức:tạo ra càng nhiều đa giác sức điện động, giảm bớt độ nhấp nhô *Dây quấn xếp phức (SGK) CHƯƠNG 10 SỨC ĐIỆN ĐÔNG DÂY QUẤN PHẦN ỨNG MÁY ĐIỆN QUAY §10.1 KHÁI NIỆM Khi từ thông từ cảm xuyên qua phần ứng biến thiên sẽ sinh ra sức điện động *Hai cách tạo từ thông biến thiên: - Cho dây quấn phần ứng chuyển động đều Nếu điện trường có phần cảm xen kẽ sẽ sinh sức điện động xoay chiều Nếu điện trường có phần cảm không đổi sẽ sinh ra sức điện động một chiều - Cho xuyên qua dây quấn phần ứng đứng yên một điện trường đập mạch hoặc từ trường không thay đổi và từ dẫn thay đổi Sức điện động xoay chiều hình sin Sức điện đông một chiều phẳng - Nếu trong một rãnh đặt ws vòng dây thì suất điện động: Hệ số bước ngắn: Vì sao trong máy điện quay lại có hệ số kn ? Eq = q.Es.kr Hệ số rải: Eq = 4,44.wq.kdq.f với: wq = q.ws kdq = kn.kr ®Ef = 4,44.f.wf.kdq.f *Sức điện động dây quấn do từ trường bậc cao Hệ số bước ngắn bậc n: Hệ số rải bậc n: Hệ số dây quấn bậc n:kdqn = knn. krn En = 4,44.f.n.w. kdqn.fn Suất điện động tổng: *Cải thiện dạng sóng sức điện động - Cải thiện nghĩa là đưa nó về dạng gần hình sin nhất đồng nghĩa với việcloại trừ sóng bậc cao nếu được hoặc phải làm yếu sóng bậc cao + Cách 1: Rút ngắn bước dây quấn làm triệt tiêu hoặc yếu sóng bậc cao. VD: + Cách 2: Quấn rải Ta có: Nếu tăng q thì giảm giảm do đó giảm + Cách 3:Làm rãnh chéo : thường chọn nghiêng một bước rãnh §10.2. MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU với = = với là hệ số kết cấu §10.3 SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG KHI TỪ THÔNG PHẦN CẢM XUYÊN QUA PHẦN ỨNG BIẾN THIÊN 1. Từ thông phần cảm biến thiên theo thời gian a) Suất điện động biến áp Ebiến ápb = Ebiến áp.cosb Máy điện có vành góp: Khi b=0: : b) Sức điện động quay Khi : Lúc này tồn tại suất điện động quay Eq Eq = 4,44.wq.kdq.fm ; với p là số đôi cực 2. Sức điện động cảm ứngkhi từ thông không đổi, từ dẫn mạch từ thay đổi CHƯƠNG 11 SỨC TỪ ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN QUAY §11.1 ĐẠI CƯƠNG - Dòng điện chạy trong dây quấn tạo ra sức điện động sinh ra từ trường bao quanh dây quấn - Từ trườngdây quấn bao gồm từ trường khe hở, từ trường rãnh và từ trường gần đầu nối, trong đó từ trường khe hở quan trọng nhất - Khi xem xét từ trường khe hở coi khe hở là đều, từ trở của máy không đáng kể nên sự phân bố từ trường khe hở chính là sự phân bố sức từ động dây quấn mà sức từ động dây quấn phụ thuộc vào kiểu dây quấn và dòng điện chạy trong dây quấn (khe hở là nơi chuyển giao điện và cơ) - Đối với dòng một chiều sức từ động trong khe hở không đổi và nó sẽ đập mạch nếu từ dẫn thay đổi - Đối với dòng xoay chiều một pha sức từ động đập mạch - Đối với dòng xoay chiều m pha sức từ động quay tròn - Đối với dòng xoay chiều m pha không đối xứng sức từ động quay theo hình e líp Þ Kết luận: + Sức từ động đập mạch là tổng hai sức từ động quay tròn theo chiều thuận và chiều ngược với tốc độ w và -w + Sức từ động quay tròn là tổng hai sức từ động đập mạch khác pha nhau về thời gian ()và lệch nhau trong không gian một góc + Sức từ động e líp sinh ra khi đặt hai dây dẫn lệch nhau một góc , khi đó sức từ động sinh ra cũng lệch nhau một góc nhưng về thời gian thì lệch nhau một góc b hoặc hai sức từ động đập mạch lệch nhau góc nhưng khác nhau về biên độ hoặc hai sức từ động lệch nhau góc btrong không gian nhưng lại lệch nhau một góc về thời gian. CHƯƠNG 12 ĐIỆN KHÁNG CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU §12.1. ĐẠI CƯƠNG *Dòng điện xoay chiều m pha chạy trong dây quấn của máy điện xoay chiều sẽ sinh ra từ trường quay.Từ trường đó có sóng lưu lạc quay với tốc độ đồng bộ; quay thuận hoặc quay ngược *Tính điện kháng trong ba vùng từ trường 1.Từ trường ở khe hở:do sức từ động bậc một và bậc cao sinh ra với với :trị số cực đại của từ cảm không hình sin :biên độ sóng Tác dụng chủ yếu là thành phần bậc nhất(u=1) :sinh ra sức điện động tự cảm trong bản thân dây quấn và các sức điện động hỗ cảm trong dây quấn khác.Tương ứng với nó tự cảm và hỗ cảm Từ trường bậc cao trong khe hở rất yếu gọi là từ trường tạp: 2.Từ trường rãnh: do dòng điện chạy trong các rãnh tác dụng của dây quấn , vì chạy trong rãnh nên đường sức từ thẳng góc với mặt rãnh Ứng với từ trường rãnh ta có điện kháng rãnh 3.Từ trường đầu nối:do móc vòng cả cuộn dây rôto và stato sinh ra sức từ động tự cảm và hỗ cảm nhưng trị số rất nhỏ,có một điện kháng tương ứng Sự trao đổi năng lượng điện cơ chủ yếu dựa vào từ trường chính của khe hở.Các từ trường còn lại như rãnh , đầu nối gọi chung là từ trường tản trương ứng có điện kháng tản §12.2.ĐIỆN KHÁNG CHÍNH CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU * Từ thông biến thiên sinh ra suất điện động *Suất điện động hỗ cảm: *Kết luận: Điện kháng tỉ lệ với bình phương số vòng dây và tỉ lệ nghịch với khe hở không khí, điều này đúng với mọi máy điện §12.3. ĐIỆN KHÁNG TẢN DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.Điện kháng tản rãnh Xr : phụ thuộc kích thước và hùnh dạng rãnh 2. Điện kháng tản phần đầu nối 3.Điện kháng tản tạp 4.Điện kháng tản dây quấn xS = xđn + xt + xr CHƯƠNG 13 MẠCH TỪ CỦA MÁY ĐIỆN QUAY §13.1 ĐẠI CƯƠNG Nghiên cứu mạch từ lúc không tải xác định sức từ động cần thiết tạo ra từ thông khe hở. Làm sinh ra trong dây quấn 1 suất điện động điện từ 1.Từ trường chính và từ trường tản Từ trường chính là từ trường khe hở gọi là Ψo Từ trường tản Ψб Từ trường tổng Ψc : Ψc = Ψo+ Ψб = Ψo(1 + ) = бt Ψo бt : hệ số tản (1,15 ÷ 1,28 ) 2.Sức từ động Fo = 2. Hd ld + 2.Hr .hr + Hư .lư + 2.Hc .lc +Hg .lg = Fd + Fr + Fư + Fc + Fg §13.1 TÍNH TOÁN MẠCH TỪ(sgk) CHƯƠNG 14 PHÁT NÓNG VÀ LÀM LẠNH CỦA CÁC MÁY ĐIỆN §14.1 ĐẠI CƯƠNG Nhiệt độ của máy phải giới hạn ở mức độ cho phép vì vậy phải tăng công suất và hiệu suất của máy. 1.Sự truyền nhiệt trong máy điện Tuyền dẫn, bức xạ và đối lưu. 2.Chế độ làm việc và nhiệt độ cho phép của máy điện và các biện pháp làm lạnh. - Chế độ làm việc liên tục : S1 ( nhiệt độ của máy có thể tăng đến trị số xác lập). Biện pháp làm mát : quạt gió, khí nén, bức xạ thong thường công suất làm mát tính vào tổn hao của máy. - Chế độ làm việc ngắn hạn tức là máy làm việc với thời gian không đủ để chi tiết đạt tới nhiệt độ xác lập. - Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại : máy làm việc chưa đến nhiệt độ xác lập đã dừng nhưng khi dừng chưa đạt đến nhiệt độ xác lập lại chạy . Tchu kỳ = Tlàm việc + Tnghỉ §14.2 SỰ PHÁT NÓNG VÀ LÀM LẠNH CỦA MÁY ĐIỆN Được thể hiện bằng hệ phương trình phát nóng và làm lạnh ứng với chế độ làm việc §14.3 VẤN ĐỂ LÀM LẠNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN 1.Các kiểu chế tạo : Chủ yếu thể hiện qua vỏ máy IPXX IP ( Ingress Protection ) chữ số thứ nhất chỉ mức độ bảo vệ chống sự tiếp xúc của người và máy có 7 cấp từ 0 ÷ 6. Chữ số thứ nhất : chống nước vào có 9 cấp độ từ 0 ÷ 8. + Chữ số thứ nhất : Cấp 0 : Kiểu hở không có vỏ bảo vệ Cấp 1 : Kiểu bảo vệ tránh vật rắn xâm nhập có kích thước 50 mm Cấp 2 : Kiểu bảo vệ tránh vật rắn xâm nhập có kích thước 12 mm Cấp 3 : Kiểu bảo vệ tránh vật rắn xâm nhập có kích thước 2,5 mm Cấp 4 : Kiểu bảo vệ tránh vật rắn xâm nhập có kích thước 1 mm Cấp 5 : Chống bụi ( bụi xâm nhập vào không đáng kể và và không ảnh hưởng đến chế độ làm việc của thiết bị ). Cấp 6 : Bảo vệ kín hoàn toàn. + Chữ số thứ hai : Cấp 0 : Không bảo vệ chông nước. Cấp 1 : Chống được nước nhỏ giọt theo phương thẳng đứng. Cấp 2 : Chống được nước nhỏ giọt theo phương góc nghiêng 15o. Cấp 3 : Chống được mưa góc rơi đến 60o. Cấp 4 : Chống được nước nhỏ giọt và mưa từ mọi phía. Cấp 5 : Chống được tia nước từ mọi phía. Cấp 6 : Chống được song nước tràn vào thiết bị. Cấp 7 : Chống được ngập nước vơi áp suất và thời gian xác định. Cấp 8 : Chống được ngập nước kéo dài. 2.Các phương pháp làm lạnh. Làm lạnh tự nhiên : Nhiệt độ trong máy tự phát cân bằng nhiệt độ môi trường. Làm lạnh trong : Lắp quạt gió trong máy. Làm lạnh mặt ngoài : Sử dụng quạt gió ngoài, chất lỏng, khí nén tiếp xúc bề ngoài. Làm lạnh độc lập : Thiết bị làm lạnh không liên quan đến máy. Làm lạnh trực tiếp : Làm mát ngay khu vực phát nhiệt độ, dây đẫn cho nước chảy vào thiết bị. PHẦN BA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG 15 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ § 15.1 PHÂN LOẠI VÀ KẾT CẤU 1.Phân loại Theo vỏ máy : hở IP00, kín IP55 Theo rôto : lồng sóc và dây quấn. Theo số pha : một pha, hai pha, ba pha. 2.Kết cấu. Phần tĩnh ( stato) : Thông thường có vỏ máy lõi sắt và dây quấn stato, các chi tiết khác liên quan không quay. Phần động ( Roto) Khe hở. Tên đông cơ : 3K 112 – S4 §15.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ P : Công suất cơ đầu trục đối với động cơ. Điện đầu ra đối với máy phát. U : Điện áp 220/380 V Δ/Y I : Dòng điện IΔ / IY A Hiệu suất η % Cos φ ( ứng với tại định mức ) Cấp bảo vệ IP44; IP23; IP55. Cấp cách điện B, F, E, H. Tiêu chuẩn TCVN 1987-94 Kiểu máy 3K112_ M6 Có bi 2Z6205 Ngày tháng năm sản suất : Môi quan hệ : n = p: số đôi cực p = P = P(2) = U.I.η.cosφ. §15.3 CÔNG DỤNG CỦA MÁY ĐIỆN BỘ Chủ yếu ở phụ tải không yêu cầu cao về tốc độ hoặc ít điều chỉnh tốc độ. CHUƠNG 16 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ §16.1 ĐẠI CƯƠNG Coi máy điện không đồng bộ như và sự liên hệ giữa chúng thông qua tử trường quay khe hở. §16.2 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC KHI ROTO ĐỨNG YÊN Lúc khởi động ( n = 0 ) F1 = F2 = : từ trường tổng của khe hở là dòng điên sinh ra F’2 để bù lại F2 2 = (hệ số biến đổi dòng điện ). Từ thông ψ do Fo sinh ra E1 và E2 Khi roto đứng yên f1= f2 Phương trình cân bằng sức từ động : U1 = -E1 + I1Z1 0 = -E2 + I2Z2 U2 = 0 do roto nối ngắn mạch. Tương tự máy biến áp: -E1 = IoZm = Io(rm + j.xm) , rm, xm là điện trở và điện kháng từ hóa. Khi U1 = Uđm thì I1 = Imở máy rất lớn. §16.3 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ KHI ROTO QUAY 1. Các phương trình cơ bản : Tần số dòng roto f2 : f2 = s = ( hệ số trượt ). Trên dây quấn roto: E2s = 4,44f2.w2.kdq2 ψ = 4,44s.f1.w2.kdq2. ψ = s.E2 . X2s = 2.f2.L2 = s.x2 Phương trình cân bằng suât điện động roto : → Giữ cho I’2 = const thì r’2 và x’2 tăng lên 1/s lần. ; Phương trình khi roto quay : Coi công suât tiên tán trên điện trở giả từ : Pcơ = Khi n = 0 → s = 1 → P = 0. Dùng mạch điện thay thế tính Dùng sơ đồ thay thế một hệ cơ điện phức tạp để tình toán mạch điện một cách đơn giản. Mạch thay thế hình Г Hệ số quy đổi dây quấn lồng sóc : ; k = ke.ki m2 = Z2 ; w2 = ½ ; kdq2 = 1; ke = 2.w1.kdq1 §16.4 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC, GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG VÀ ĐỒ THỊ VECTƠ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.Động cơ : (0 < s < 1 ) P1 = P2 + Σp Σp = pcu1 + pFe + pcu2 + pcơ + pphụ P1 = m.U1I1.cos Pđt = P1 – pcu1– pFe = Pcơ = Pđt – pcu2 = P2 = Pcơ – (pcơ +pphụ) 2.Đồ thị vectơ Q1 = m.U1I1.sin q1 = m1.I21.x1 q2 = Phần lớn sinh ra từ trường khe hở : Qm = m1,E1.Io = m1.Io.xm Q1 = Qm + q1 + q2 = m.U1I1.sin Do khe hở không khí lớn nên dòng từ hóa Io >> so với dòng máy biến áp nên cos thấp. Chế độ máy phát điện Khi s < 0 : Pcơ = < 0. Máy nhân công suất cơ. , 90o 90o. P1 = m.U1I1.cos < 0 máy phát công suất tác dụng vào lưới. Q1 = m.U1I1.sin > 0 máy nhânc công suất phản kháng. Đồ thị vectơ : 3.Chế độ hãm 1 < s < ∞ Khi s >1 : Pcơ = < 0. Máy nhận công suất cơ. Pđt = > 0. Máy lấy công suất điện từ lưới vào. Pđt + ( - Pcơ ) = = pcu2. Ví dụ : Tìng huống đặt ra nếu động cơ quay để chuyển gạch lên đến một vị trí, ngoại lực tác động làm cho gạch rơi xuống làm roto chuyển động ngược lại, roto nhận công suất cơ và công suất điện. Điều này có thể gây ra chảy roto, vì vậy cần phải có chế độ hãm. Trường hợp kéo cho tốc đọ quay của động cơ lớn hơn tốc độ quay động cơ cho phép thì động cơ làm việc ở chế độ máy phát. §16.5 BIỂU THỨC MÔMEN ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Phương trình cân bằng momen : M = Mo + M2. M : mômen điện từ. M = Mo : mômen không tải. Mo = M2 : mômen tải. M2 = ; w = . M : do từ trường quay tác dụng với dòng điện roto sinh ra từ trường quay quay với tốc độ n1 ; ; w1 = Pcơ = Pđt = Pđt = (1-s).Pđt. Pcu2 = Pđt – Pcơ = s.Pđt. Pđt = m2.U2I2.cosΨ2. → Pcơ = m2(1-s).U2I2.cosΨ2. E2 = p.f2.w2.kdq2 ψ → Tính theo sơ đồ thay thế Γ : M tỉ lệ với U12 → U1 thay đổi thì M thay đổi lớn. M tỉ lệ nghịch với điện kháng. → sm = stới hạn ta có Mmax. Và ; Chú ý : Mmax : tỉ lệ với bình phương điện áp Mmax : không phụ thuộc điện trở của roto. Sm : phụ thuộc điện trở của roto. Mômen khởi động sẽ lớn khi tăng điên trở roto. Thay s = 1 vào biểu thức mômen ta tìm được Mk : mômen khởi động. Mkđ lớn quan trọng, muốn Mkd lớn tăng điện áp hoặc tăng điên trở roto r’2 Biểu thức Klox : ; Khả năng quá tải. > thì máy làm việc ổn định. Kiến thức cần nắm : + Biểu thức M + Mkđb tỉ lệ với U12. §16.6 MÔMEN PHỤ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.Mômen phụ không đồng bộ. ν = 6k +1 : Quay thuận ν = 6k – 1 : Quay ngược Tốc độ từ trường bậc ν : nν = ± .n1 n : tốc độ của độ tổng hợp tất cả các loại sóng. n > n1 đối với sóng bậc 7 động cơ chuyển sang chế độ máy phát còn đối với sóng bậc 1 vẫn ở chế độ động cơ n ( -n1; -1/5 n1 ) mômen khởi động < 0 máy làm việc ở chế độ máy phát. 2.Mômen phụ đồng bộ Sinh ra các sóng không điều hòa bậc cao, từ trường stato tác dụng với 1 sóng bậc cao nào đó có cùng số đôi cực của từ trường roto. Mômen phụ sinh ra do ảnh hưởng sức từ động bánh răng, do đó thiết kế phải phù hợp số rãnh stato và roto, theo kinh nghiêm : Z1 = Z2 hoặc Z1- Z2 = ±2p. 3.Mômen sinh ra chấn động ở tạp âm Do từ trường sóng điều hòa gây lên, khi làm việc thì thường kêu và rung . Ngoài nguyên nhân cơ khí còn có nguyên nhân do lực từ kéo lệch về một phía. Sự rung động sinh ra cộng hưởng và ta thấy Z1 = Z2 ±1p, 2p thì sinh ra tung động rõ nhất. 4.Phương pháp khử mônmen phụ. Không đồng bộ : Làm triệt tiêu hoặc yếu sóng bậc 5, bậc 7 bằng cách rút ngắn dây quấn. Làm yếu bằng cách tính toán phối hợp răng rãnh roto và stato Làm chéo rãnh ở roto hoặc stato. §16.7 CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA MÁY KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.Đặc tính tốc độ. n = f(p2) n = n1( 1-s ) s = pcu2/Pđt 2.Đặc tính mômen 3.CosΨ và hiệu suất η. η = 4.Năng lực quá tải km = §16.8 CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG ĐỊNH MỨC 1.Điện áp không định mức. Nếu M2 không đổi thì khi U giảm thì I tăng Nếu M2 nhỏ ( động cơ làm việc non tải) khi đó trong một số trường hợp U giảm kéo theo cosΨ tăng. Nếu tải < 40% ( khi non tải ) thì nên giảm điện áp. 2.Tần số không định mức 3.Điện áp không đối xứng. E = 4,44f.w.k.ψ Khi E tăng thì f giảm dẫn đến Ψ tăng P ~ B2 ~ Ψ2 → P tăng lên rất nhiều Ví dụ : Cho một máy 380V_50Hz so với 2 máy 200V_50Hz thì đã tiết kiệm được 1,2 tỉ ở công ty. CHƯƠNG 18 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ỨNG DỤNG HIỆU ỨNG MẶT NGOÀI Hiệu ứng mặt ngoài ngoài là gì ? Là : dòng có tần số càng cao càng có xu hướng tập trung chạy ở mặt ngoài của dây dẫn → tăng điện trở mặt ngoài. Ứng dụng vào động cơ không đồng bộ : f2 = s.f1 Khi khởi động : n = 0 → s = 1 = . Dòng điện có xu hướng dồn ra phía ngoài r2 tăng lên dẫn đến Mk tăng lên. + Chế tạo roto rãnh sâu + Chế tạo roto hai lồng sóc. +Chế tạo roto có rãnh dạng đặ biệt ( hình chem., hình chai ) CHƯƠNG 19 MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ §19.1 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỘNG BỘ Các phương pháp mở máy : M mở máy lớn phù hợp với tính chất. Phương pháp mở máy đơn giản dễ thực hiên Tổn hao năng lượng thấp. 1.Mở máy trực tiếp + Ưu điểm : đơn giản. + Nhược điểm : dòng mở máy lớn 4 ÷ 7 Iđm làm sụt lưới, ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị khác. Do dòng mở máy lớn tạo ra ứng suất do mối ghép các phần quay. Tổn hao lớn : Pcu tỉ lệ với I2 ; do đó khi I tăng lên thì Pcu tăng lên rất nhanh. Điều này được ứng dụng để mở máy đông cơ công suất nhỏ hoặc động cơ công suất lớn nhưng điện áp cao. 2.Hạ điện áp khi khởi động Khởi động bằng phương pháp nối Y – Δ ( chỉ áp dụng cho các động cơ khi làm việc bình thường dây quấn nối Δ ). VD : động cơ chạy ở lưới 380 V. U : Δ / Y 380/660 V Điện áp khởi động giảm lần. Mômen , I giảm 3 lần so với khởi động trực tiếp. + Ưu điểm :Đơn giản, tiết kiệm năng lượng. + Nhược điểm : Chỉ làm việc với động cơ nối Δ, tốn công tắc tơ khi chuyển tử Y → Δ động cơ bị giật do xung dòng điện lớn +Ứng dụng : phù hợp với tải không yêu cầu Mômen khởi đông lớn. Sử dụng máy biến áp tự ngẫu. Khi khởi động : K1,K2 đóng sau đó K2 mở Làm việc : K3 đóng K1, K2 mở Ưu điểm : Khởi động cho mọi động cơ. Điện áp đưa ra khởi động là tùy ý. Nhược điểm : Tốn kém, giá thành cao, nặng. Khởi động bằng điện kháng stato. Ưu điểm : đơn giản, rẻ tiền, bền, hiệu quả Sử dụng trong môi trường khắc nghiệt Sử dụng cuộn kháng tuyến tính dẫn đến mạch tử không bị kháng bão hòa. Mở máy bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch roto (áp dụng với động cơ không đồng bộ dây quấn ) Mấy yêu cầu mở máy với Mômen lớn mà các phương pháp khác không đáp ứng được, do đó phải mở máy bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch roto. Cấp 1 : Rf = R1 + R2 + R3 Cấp 2 : Rf = R1 + R2 ( K1 đóng ) Cấp 3 : Rf = R1 ( K2 đóng ) Cấp 4 : Rf = 0 ( K3 đóng ) Ưu điểm : Hạn chế dòng nhưng tăng được mômen . Nhược điểm : Chế tạo phức tạp, phải có vàng trượt, chổi than, giá thành cao do đo ít được sử dụng. §19.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Động cơ không đồng bộ là loại khó khăn khi điều chỉnh tốc độ : n < nđb ; nđb = ; s = → n = nđb( 1-s ) → n = f ( f, p, s ). Các phương pháp điều chỉnh tốc độ. Thay đổi tần số áp dụng cho việc điều chỉnh f ở stato Thay đổi số đôi cực p ( đổi nói dây quấn, nhiều bộ dây quấn với p khác nhau trong một máy ). Thay đổi s ( giảm áp, Rf lắp ở roto, nối cấp máy điện ) 1.Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số Cho phép điều chỉnh tốc độ vô cấp và ứng dụng cho nhiều loại tải, có thể tạo ra nhiều đặc tính phục vụ tốt cho nhiều động cơ, hiệu suất cao, giá thành cao. Ta có : Mmax = C. Nếu cần = const điều chỉnh theo quy luật : = . Nếu cần M = const điều khiển theo quy luật = . Nếu cần M tỉ lệ với n2 điều khiển quy luật Nguyên lý biến tần 2.Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi số đôi cặp cực p n = p = 1,2, Phù hợp với tốc độ có cấp, cách điều chỉnh đơn giản, tuy nhiên cấu tạo phức tạp, công suất lớn, kích thích lớn. Cosφ ở các cấp độ khác nhau thì khác nhau. Trong các cấp độ chỉ có một cấp độ phù hợp và đạt đến chỉ tiêu kinh tế cao nhất. 3.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp. s = = Khi điện áp giảm thì I tăng để đảm bảo bảo toàn cho vấn đề thay đổi công suất. 4.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ thuộc roto 5.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay li hợp điện động ( hay dùng ) CHƯƠNG 20 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHÁC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Các chế độ làm việc đặc biệt. Máy phát điện không đồng bộ làm việc độc lập với lưới ( không nhận được công suất phản kháng ) Co : để điều khiển công suất phản kháng cho máy phát tự kích khi không tải. C1 : bộ tụ được bù vào tỉ lệ công suất phản kháng của tải. Co = 106 ( μF) ; C1 = ( μF) Q ; Công suât phản kháng của tải. 2. Chế độ hãm - Hãm ngược( đảo pha điện áp ) - Hãm tái sinh ( tải thế năng ) - Hãm động năng ( sau khi cắt điện ) Đưa dòng 1 chiều vào dây stato sinh ra từ thông hãm lại sức quay của roto. Các dạng khác của máy điện không đồng bộ Máy dịch pha : Là roto đồng bộ không dây quấn được hoật động theo chu trình như máy biến áp kín. = Hiệu dụng U1 = const U2 = const ở mọi vị trí roto góc pha thay đổi theo góc lệch roto. Máy điều chỉnh cảm ứng ( máy điều áp ). Tức là : Nếu : Máy biến tần số f2 = sf1 s = s ≥ 1 → f ≥ f1 CHƯƠNG 21 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA §21.1 ĐẠI CƯƠNG § 22.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Khi có dòng điện vào dây quấn stato từ trường đập mạch là tổng của hai từ trường quay : thuận và ngược. ΨA : f2A = = = s.f1 ΨB : f2B = = . = (2 – s). f1 s = 1 lúc roto đứng yên hoặc lúc khởi động. s < 1 đối với ΨA, làm việc ở chế độ động cơ điện s > 1 đối với ΨB, làm việc ở chế độ động cơ hãm Phương trình : U1 = - E1A – E1B + I1 ( r1 + j.x1) E1A : suất điện động sinh ra bởi tổng hợp từ trường thuận stato với từ trường roto. E1B : suất điện động sinh ra bởi tổng hợp từ trường ngược stato với từ trường roto. Ở mạch roto : + Khi s = 1 thì → ΨA = ΨB từ trường đập mạch động cơ không quay. + Khi s ΨB Sinh ra từ trường quay Elíp với tốc độ n1 làm động cơ quay. § 21.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA Nguyên lí : Tạo ra các từ trường quay lúc động cơ khởi động, từ trường quay tròn hoặc elíp. 1. Động cơ khởi động bằng vành ngắn mạch - Đơn giản, giá thành rẻ. - Hệ số thấp, mômen khởi động yếu, phù hợp với tải gió. 2. Khởi động bằng điện trở Trong lõi thép stato đặt 2 cuộn dây lệch nhau về không gian một góc 90o. Cuộn dây làm việc nối trực tiếp lưới điện, cuộn dây mở máy nối với điện trở qua hệ thống công tắc ( công tắc li tâm đóng cắt theo tốc độ quay của động cơ ). Ưu điểm : Giá thành rẻ, dùng dây quấn làm điện trở. 3. Khởi động bằng điện dung. Đây là phương pháp phổ biến nhất. - Đặc điểm khởi động : + Mkđ lớn từ 2,2 ÷ 2,5 Mđm + Hiệu suất và cosφ không cao do đó kích thước máy lớn, thường sử dụng cho phụ tải yêu cầu Mkđ lớn, giá thành cao. Đặc điểm làm việc : + Mkđ khá lớn 1,8 ÷ 2,2 Mđm. + Cosφ tương đối cao, hiệu suất lớn hơn hiệu suất ĐDKĐ, kích thước máy nhỏ hơn ĐDKĐ cùng công suất dùng cho phụ tải không yêu cầu Mkđ lớn, giá thành rẻ hơn ĐDKĐ. ĐDLV : Mkđ thấp, nhỏ hơn Mđm. Hiêu suất và cosφ khá cao, kích thước máy nhỏ hơn hai loại trước chỉ thích hợp với phụ tải có momen tỉ lệ với tốc độ : quạt gió, bơm nước, giá thành rẻ nhát trong cac loại đông cơ một pha điện dung. PHẦN BỐN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG 22 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ §22.1 PHÂN LOẠI VÀ KẾT CẤU MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Phân loại Theo kết cấu : Máy điện đồng bộ cực ẩn : Roto chế tạo bằng thép khối, trên đó có các dãy đặt dây. Máy điện đồng bộ cực ẩn có hai cực đường kính roto nhỏ, tốc độ n = 3000 vòng/phút hay dùng ở nhà máy nhiệt điện. Máy điện đồng bộ cực lồi : Kết cấu Máy cực ẩn : Roto chế tạo bằng thép hợp kim chất lượng cao được rèn thành khối trụ và phay các rãnh đặt dây trên mặt roto, phần không phay hình thành một mặt phẳng từ đường kính roto giới hạn là 1,15m. Để tăng công suất máy chỉ có thể kéo dài lõi thép, chiều dài lõi thép đạt 6,5m. Các vòng dây quấn của cuộn kích từ được chết tạo bằng vật liện đồng cứng đặt trong rãnh và cách điện bằng Mika. Các thanh dẫn được nêm chặt, thanh nêm phi từ tính, các đầu dây được đai banưg ông thép phi cực tính. Đối với máy công suất lớn thường có một máy phát điện làm nhiêm vụ kích từ được gắn đồng trục với máy phát chính có f = 2f máy phát chính. Stato : Lõi thép stato chết tạo bằng thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm. Thân máy chế tạo bằng thép kết cấu hàn lại với nhau và được thiêt kế chung với nắp và trục ngang ổ đỡ có thể đặt riêng hoặc Máy cực lồi Roto : Ghép bởi nhiều cực từ, lõi thép của các cực từ được chế tạo từ thép nguội khối hoặc ghép các lá thép mỏng lại với nhau. Các cực từ được ghép với trục và bạc đỡ qua hệ thống bulông cực từ. Dây quấn cực từ chế tạo bằng đồng chất lượng cao và quấn thành bối xung quanh thân các cực từ. Đối với máy phát điện công suất lớn và động cơ điện ngoài dây quấn cực từ còn có dây quấn cản và dây quấn mở máy chế tạo dưới dạng lồng sóc đặt trên bề mặt cực. Điện trở dây quấn cản nhỏ hơn điện trở dây quấn cản. Trục : chế tạo bằng thép hợp kim rèn trước khi gia công. Stato : khác với stato máy cực ẩn, máy phát cực từ đặt đồng trục với máy phát chính. Trục đặt thắng đứng và bộ đỡ giá treo gọi là máy kiểu treo. Trục đặt thẳng đứng và bộ đỡ giá dưới gọi là máy kiểu dù. §22.2 HỆ THỐNG KÍCH TỪ CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Yêu cầu : động cơ được dòng điên kích từ It = . Động cơ được Ut duy trì điện áp ra của máy phát trong điều kiện làm việc bình thường. + Có khả năng tăng cường kích từ mạnh để giữ đồng bộ giữa máy phát và lưới khi có sự cố làm cho điện áp lưới hạ thấp do ngắn mạch từ xa. + Có khả năng truyền từ ( giảm nhanh dòng điện kích từ vể 0 khi có xự cố ngắn mạch nội bộ) khi có : Điện áp triệt từ không vượt quá 5 lần điện áp kích từ định mức để đảm bảo độ bền cách điên cho dây quấn. Tăng gấp đôi dòng kích từ trong 1,5 giây. Có 3 loại hệ thống kích từ : Dùng máy điện một chiều, dùng máy phát đồng bộ, dùng hệ thống chỉnh lưu. Tất cả hệ thống đều yêu cầu tự kích từ. CHƯƠNG 23 TỪ TRƯỜNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Do dòng điện chạy trong dây quấn roto và stato sinh ra khi máy không tải, từ trường là dòng điện kích từ sinh ra. Khi roto quay từ trường quét qua roto cảm ứng dây quấn sinh ra suất điện động không tải Eo. Khi mạch ngoài nối phụ tải trong dây quấn có dòng điện I, dòng điện này sinh ra từ trường stato hay là từ trường phần ứng, nếu 3 pha thì từ trường là từ trường quay. Sự tương tác từ trường kích từ và từ trường phần ứng gọi là phản ứng phần ứng, làm anh hưởng nhiều hoặc ít tùy thuộc vào tính chất của tải, cấu tạo của máy. Từ trường cực từ ( từ trường phần cảm do dòng i(t) sinh ra. Quét qua các thanh dẫn stato khi roto quay sinh ra Eo. Khi có dòng điện (máy được đóng tải) trong dây quấn stato xuất hiện từ trường ( từ trường phần ứng) – Fư Sự tương tác giữa Fư và Ft – phản ứng phần ứng làm thay đổi Ft nhiều hay ít phụ thuộc vào tính chất tải, cấu tạo máy. Giả thiết : Mạch từ không bão hòa để xếp chồng nghiệm. Ft do dòng 1 chiều sinh ra, Fư do dòng xoay chiều sinh ra, do đó phải quy đổi. §23.2 TỪ TRƯỜNG DÂY QUẤN KÍCH THÍCH Từ trường phân bố kết cấu dây quấn và cấu tạo từ : Btm1 = kt.Btm kt : hệ số dạng sóng. kT = 0.95 ÷ 1,15 với máy cực từ lồi = 0,965 ÷ 1,065 với máy cực ẩn. Biết Btm1 → Mưd Ψt1 = . Btm1 .l Ψt1 = .. = w.Mưd.it = xưd.it. . . Tùy thuộc tính chất tải, trục từ trường phần ứng làm một góc nào đó với từ trường cực từ. §23.3 TỪ TRƯỜNG PHẦN ỨNG 1.Phản ứng phần ứng ngang trục và dọc trục Ngang trục: là vectơ từ trường phần ứng hợp một góc 90o với vectơ từ trường cực từ. Dọc trục : Là vectơ từ trường phần ứng hợp môt góc 0o và 180o với vectơ từ trường cực từ. Khi tải đối xứng và thuần trở Vị trí không gian từ trường quay phần ứng. Phần ứng có chiều trùng với trục dây quấn pha A là pha có suất điện động EA lớn nhất. ΨA (từ thông xuyên qua A) đạt cực đại trước suât điện động E một góc 90o . Do vậy E đạt cực đại khi cực từ quay được một góc 90o so với vị trí trục cực từ trùng với trục pha A là lúc từ thông xuyên qua pha A có trị số cực đại. Khi tải thuần cảm. Tải thuần cảm E vượt trước I một góc ψ = 90o. Do đó khi ψAmax thì cực từ đã quay thêm m Tải bất kì. 2.Từ cảm do từ trường phần ứng và điện kháng tương ứng Máy cực ẩn : có khe hở không khí đều nếu khi đó sức từ động của dây quấn phần ứng phân bố hình sin thì từ cảm phân bố dọc khe hở cũng phân bố hình sin. Bưm = Từ thông : Ψư = Ψư quay đồng bộ với roto cảm ứng dây quấn phần ứng suất điện động : Eư = .fw.kdq. Ψư. Điện kháng : xư = Máy cực lồi : khe hở không đều nên sức từ động của dây quấn phần ứng phân bố hình sin thì từ cảm phân bố dọc khe hở không khí không phân bố hình sin. Lúc đó : ở ψ bất kì. Fưq = Fư.cosψ Id = I.sinψ Iq = I.cosψ Biên độ Fưd, Fưq trùng với trục dọc và trục ngang của cực từ. Tuy nhiên thành phần bậc cao nhỏ nên tính toán có thể bỏ qua sóng bậc cao, tuy nhiên bậc cao chỉ xét sóng bậc 1 có biên độ :Budm1; Buqm1 ; ; k phụ thuộc hệ số mặt tích cực và phụ thuộc tỉ số cho trước khi thiết kế. + Điện kháng của máy điện cực lồi: xud = 0.5 ¸ 1,5 xuq = 0,3 ¸ 0,9 3.Quy đổi suất điện động trong máy điện đồng bộ - Quy đổi suất điện động phần ứng : suất điện động cực từ để khi xét các đường đặc tính dùng chung các đường cong Đối với tải đối xứng xác lập :Trong quá trình quá độ suất điện động phần ứng thay đổi theo thời gian , dây quấn stato và rôto có quan hệ với nhau như hỗ cảm trong máy biến áp nên coi stato là sơ cấp , roto là thứ cấp, trong trường hợp này người ta qui đổi dây quấn từ về dây quấn phần ứng. - Quy đổi suất điện động phần ứng về suất điện động cực từ Btm1 = Bum1 Máy cực ẩn: ; Máy cực lồi Dọc trục : kq; kt : trị số quy đổi phụ thuộc dạng cực từ CHƯƠNG 24 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ §24.1 ĐẠI CƯƠNG §24.2 PHƯƠNG TRÌNH ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ VECTO 1.Máy phát điện a.Mạch từ không bão hoà Giả sử 0 < ψ < 90 (tải cảm) Máy cực ẩn Mà Trong đó xdb = xu + xdu Máy cực lồi: Mà Trong đó b) Mạch từ bão hoà : Khi mạch từ bão hoà các hệ số kmd; kq; kd khó xác định ® thành laapj đồ thị vectơ dựa vào hai đồ thị chưa bão hoà và đồ thị suất từ đồng kết hợp với đường cong không tải (đường cong từ hoá) Þ gọi là đồ thị Pôchiê + Máy cực ẩn: Từ đồ thị xác định DU = Eo – U Eo: điện áp lúc không tải U: điện áp lúc định mức DU: độ sụp áp + Máy cực lồi (tài liệu) 2. Động cơ điện Thường là cực lồi: §24.3.GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Máy phát điện: Động cơ điện Pdt = P1 – ( Pco + Pt + Pf ) Pdt = P1 – ( Pcu + PFe ) P2 = Pdt – ( Pcu + PFe ) P2 = Pdt – ( Pco + Pt + Pf ) §24.4. ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 1. Đặc tính góc công suất tác dụng P = f(θ) khi Eo= const ,U = const;θ = E.U; Giả thiết ru = 0; ® P = m.U.I.cosj Máy cực lồi: Nếu bỏ qua ru = 0; j = y - q ® P = m.U.I.cosj = m.U.I.cos( y - q ) = m.U.( I.cosy.cosq + I.siny.sinq ) = m.U.( Id .cosq+Iq.sinq ) = Pe + Pu Theo đơn vị tương đối P = Pe + Pu Pe ~ sinθ phụ thuộc E hay it Pu ~ sin2θ không phụ thuộc Eo;khi it = 0 thì Pu 0 Máy cực ẩn xd=xq 2. Đặc tính góc công suất phản kháng Q = m.U.I sinφ = mUI sin(ψ-θ); = mU(I sinψ cosθ-cosψ sinθ) = mU(Id.cosθ-Iq.sinθ); Do Q > 0 khi và chỉ khi 0 < θ < 90o khi đó máy phát công suất phản kháng; Ý nghĩa:Từ đặc tính góc suy ra xu thế điều khiển công suất bằng cánh thay đổi θ CHƯƠNG 25 MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC VỚI TẢI ĐỐI XỨNG §25.1 ĐẠI CƯƠNG Nghiên cứu các đặc tính máy phát điện đồng bộ Đặc tính không tải Uo = Eo = f(it) khi I = 0, n = nđm; Đặc tính ngắn mạch In = f(it) khi U = 0 , n = nđm; Đặc tính ngoài U = f(I) khi It = const , n = ndm, cosφ = const; Đặc tính điều chỉnh it = f(I) khi U = const ,cosφ = const, n = ndm; Đặc tính tải U = f(it) khi I = const, cosφ = const ; n = nđm; §25.2 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ 1.Đặc tính không tải Uo = Eo = f(it) khi I = 0 , n=nđm 2.Đặc tính ngắn mạch In = f(it) khi U = 0 ,n = ndm; coi ru = 0 ,tải thuần cảm thì Iq = I cosψ = 0; Tỷ số ngắn mạch: Do xd > 1 ¨ k < 1 dòng ngắn mạch xác nhỏ Muốn cho máy làm việc ổn định ΔU nhỏ ¨K lớn ¨ giảm xd ¨ tăng khe hở không khí δ 3.Đặc tính ngoài và độ thay đổi điện áp ΔU Đặc tính ngoài U = f(I) khi It = const, n = nđm Tải thay đổi từ cosφ = cosφđm¨0 thì ΔU% = 25÷35% 4.Đặc tính điều chỉnh :xu hướng điều chỉnh It để giữ U không đổi It = f(I) khi U = const ,n = nđm (Hệ thống điều chỉnh tự động điện áp máy phát dựa vào đặc tính điều chỉnh này. Phần này rất quan trọng và được áp dụng nhiều trong máy phát ).Xây dựng mạch từ (dựa vào KTĐT) để điều chỉnh điện áp ổn định cho máy phát. 5.Đặc tính tải U = f(it) khi I = const, cosφ = const, n = nđm. Mỗi I, cosφ có một đường đặc tính tải U=f(it) §25.3 TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Tổn hao đồng :PCu Tổn hao sắt: PFe Tổn hao cơ :Pcơ Tổn hao phụ: Pf Hiệu suất CHƯƠNG 26 MÁY PHÁT ĐIỆN LÀM VIỆC VỚI TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG §26.1 ĐẠI CƯƠNG MFĐĐB thường làm việc với tải không đối xứng¨điện áp không đối xứng nên làm tăng tổn hao do sóng điều hoà bậc cao nên máy nóng hoặc rung. Phương pháp nghiên cứu :Phương pháp phân lượng đối xứng Không đối xứng =3 thành phần đối xứng hợp lại đó là Thành phần thứ tự thuận Thành phần thứ tự ngược Thành phân thứ tự không Giải 3 bài toán đối xứng với các thành phần đối xứng ΔABC là tam giác điện kháng sau đó xếp chồng nghiệm CHƯƠNG 27 MÁY PHÁT ĐIỆN LÀM VIỆC SONG SONG §27.1 ĐẠI CƯƠNG Giảm bớt vốn đầu tư khi có sửa chữa, đặt máy dự phòng và tận dụng được các nguồn năng lượng sẵn có trong thiên nhiên.Nâng cao các chỉ tiêu kỹ thuật trong thiết kế và vận hành. §27.2.GHÉP MỘT MÁY ĐIỆN VÀO LÀM VIỆC SONG SONG (HOÀ ĐỒNG BỘ) *Điều kiện hoà đồng bộ Điện áp của máy phát bằng điện áp lưới UF = UL Tần số máy phát bằng tần số lưới fF = fL Thứ tự pha của máy phát và lưới giống nhau (AF nối AL ;BF nối BL ; CF nối CL ) Góc pha UF bằng góc pha UL *Sẽ có kiểu hoà như sau + Đáp ứng đủ các điều kiện hoà :Hoà đồng bộ chính xác. +Thiếu một điều kiện nào đó:Hoà đồng bộ không chính xác. 1.Hoà đồng bộ chính xác 1.1Hoà đồng bộ bằng ánh sáng đèn -Ánh sáng đèn quay -Kiểu nối tối Ánh sáng đèn quang DU1 = DU2 = DU3 ® cách đèn DU1 ® Đ1 : tối nhất sáng bằng nhau DU2 ® Đ2 : sáng nhất khi DU = 0 các đèn tối ® hoà DU3 ® Đ3 : sáng vừa Þ hiện tượng quay Khi một đèn tối hẳnm hai đèn còn lại sáng bằng nhau ® hoà 1.2.Hoà bằng phương pháp điện từ (cột đồng bộ) là một mạch điện từ lắp 2 vônmet ;2 tần số và 1 đồng hồ báo chiều hướng thay đổi góc pha 1.3 Hoà đồng bộ tự động CHƯƠNG I 1.Máy biến áp là thiết bị đứng yên làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ dùng biến dòng xoay chiều này thành dòng xoay chiều khác có tần số không đổi. Vai trò máy biến áp trong hệ thống điện lực :truyền tải điện năng đi xa bằng cách tăng điện áp Kết cấu của máy biến áp :lõi thép ,dây quấn ,vỏ máy. 2.Trên máy biến áp thường ghi Sđm ; Uđm ; Iđm; fđm; Sđm :biều thị công suất toàn phần đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp U2đm:là điện áp dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải đặt vào sơ cấp là định mức CHƯƠNG II 1.Tổ nối dây của máy biến áp :do sự phối hợp kiểu đối dây sơ cấp so với kiểu đấu dây thứ cấp .Nó biểu thị góc lệch pha giữa các sđđ dây sơ và thứ cấp. *Sự cần thiết của tổ nối dây Tổ nối dây cho biết: + Chiều quấn dây + Ký hiệu các đầu dây + Kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp 2.Dòng từ hoá máy biến áp (Io):thường rất nhỏ ,lúc điện áp định mức , trị số phần trăm của nó so với dòng điện định mức: thuộc 2 ÷ 10; Dòng từ hoá máy biến áp phụ thuộc vào các yếu tố sau: + Tổn hao sắt từ trong lõi thép :- Cường độ từ cảm trong trụ và gông - Trọng lượng trụ và gông - Số pha máy biến áp + Cường độ từ trường trong trụ và gông ;chiều dài trung bình của mạch từ tương ứng với trụ và gông. + Chiều dài của khe không khí giữa trụ và gông + Số khe không khí . 3.Kết cấu mạch từ khác nhau và cách đấu dây ảnh hưởng đến dòng từ hoá Io 4.Nguyên tắc tính toán mạch từ máy biến áp CHƯƠNG III 1.Tăng dòng thứ cấp thì dòng điện sơ cấp lại tăng? ¨ ta có W/Wkhông đổi nên ta có U tăng thì U tăng Lúc đó từ thông thay đổi trong máy biến áp. 2.Cách xác định tham số hoá của máy biến áp . Thực chất của dòng điện không tải là dòng điện đo dược khi Io sơ cấp khi hở mạch dây quấn thứ cấp . Thực chất của tổn hao không tải là tổn hao sắt do từ trễ và dòng điện xoáy trong lõi thép gây nên Po = PFe Dung lượng máy biến áp nhỏ thì dòng không tải lại lớn S = U.I; Không tải ,tăng diiện áp đặt vào máy biến áp thì cosφ cuar máy biến áp thay đổi như thế nào? + Hệ số công suất lúc không tải Khi U1 tăng thì cosφ giảm nên không nên để máy vận hành khi không tải. 3.Cách xác định tổng trở của mạch sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp ; + Tổn hao ngắn mạch là gì Là tổ hao đồng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp + Phải hạ thấp điện áp xuống khi làm ngắn mạch để cho dòng từ hoá nhỏ làm cho từ thông chính lúc ngắn ạch rất nhỏ. Thường hạ thấp điện áp sao cho dòng điện trong đó bằng dòng định mức. + Nếu đặt toàn bộ điện áp định mức vào lúc ngắn mạch thì lúc này toàn bộ điện áp đặt lên tổng trở ngắn mạch rất nhỏ của máy biến áp ,nên dòng ngắn mạch sự cố rất lớn : sẽ gây ra hỏng máy biến áp. + Trị số điện áp ngắn mạch Un có thể xem như đại lượng đặc trưng cho điện trở và điện trở và điện kháng tản của dây quấn máy biến áp .Giá trị này được ghi trên nhãn máy. 4.; Để giảm In của máy biến áp thì phải thiết kế kích thước cuộn dây có tiế diện dây nhỏ để dễ chuyển mạch. CHƯƠNG IV 1.Về mặt kết cấu của dây quấn ,muốn giảm ΔU của máy biến áp ta phải thay đổi số vòng dây của máy biến áp . 2.Sự liên quan giữa các thí nghiệm không tải và ngắn mạch của máy biến áp đến việc xác định ΔU và η Ta có mà: 3.Tổn hao trong lõi thép Pkhi có tổn hao khác tổn hao không tải P Xét thật chặt chẽ vì nếu không thì PFe = P 4.Hai máy biến áp nối Y/Y-12 và Y/Y-6 có cùng tỷ số biến đổi k và điện áp ngắn mạch U.Muốn chúng có thể làm việc song song với nhau. *Ba điều kiện để máy biến áp làm việc song song là: + Cùng tổ nối dây + Cùng hệ số biến đổi điện áp k + Điện áp ngắn mạch Un là như nhau Nên 2 máy biến áp Y/Y-12 vàY/Y-6 là chưa thoả mãn điều kiện 1 vì thể chỉ cần nối đầu của máy 1 với cuối máy 2 và đầu máy 2 với cuối máy 1. CHƯƠNG V 1.Tổng trở từ hoá của thành phần thứ không Zmo của tổ máy biến áp 3 pha và máy biến áp 3 pha trụ trong hệ đơn vị tương đối vào khoảng Bài tập chương 4 Bài3(78).Cho một máy biến áp 3 pha nối Y/Y số liệu sau Sđm = 20kVa,U/U = 6/0.4kV;P = 0.6kW,U% = 5.5 Tính a,Un (V),Unr (V),Unx (V),( điện áp thấp bị nối ngắn mạch) b,Zn , rn, xn, cosφn; c,ΔU% lúc hệ số tải 0.25;0.5;0.75;1 và hệ số công suất cosφ2 = 0.8 (tải điện cảm) d,P=0.18kW.Tính hiệu suất của máy của ở các tải nói trên; Bài làm a, Điện áp ngắn mạch sơ cấp: b, c, d,Ta có với tổn hao sẳt bằng tổn hao đồng thì