Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Chương 6: Máy điện đồng bộ - Trịnh Hoàng Hơn

Presenter: Trịnh Hoàng Hơn Industrial and Civil Automation Lab Tel: 0903767041 trinhhoanghon09@gmail.com www.icalabhcmut.edu.vn CHƯƠNG 6 MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 28/06/2015 9:01 CH Khái niệm * Thường: Máy phát đầu nguồn •Công suất lớn 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 2 Cấu tạo * 3 phần: stator, rotor, hệ thống kích từ * Rotor: cực lồi, cực ẩn 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 3 Rotor * Cực lồi Tốc độ chậm •Nhiều cực •Ngắn •Đường kình lớn • nơi thủy triều chậm 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 4 Rotor 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 5 * Cực ẩn Tốc độ nhanh •Ít cực •Dài •Đường kình nhỏ • nơi có lực nước lớn –Thác cao Rotor cực ẩn – dây quấn 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 6 Stator (phần ứng) * Giống máy KĐB 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 7 Stator (phần ứng) 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 8 Ví dụ 4.2 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 9 + 2 s s S N iS H g H  SH + 2 r r r N ir H g H  rH Máy Điện Quay Ví dụ 4.2 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 10     s s s m r r m s r r L i L i L i L i           0 0 2 0 0 2 2 1 s s m s r R l L g L N L L N N L               Ta có: Với:  Thực tế   cosmL M  Moment điện từ 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 11    1 2' , ' , '1 1 1 2 1 2 2 0 0 W ,0, , , i i m i di i i di          ' sin sre m s r s r dLW T i i i i M d             ' 2 2 1 1 2 2 m s s r r sr s rW L i L i L i i    Mô hình toán học * Gọi J là moment quán tính 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 12 2 2 s s s s r r r r e m d V i R dt d V i R dt d d J K B T T dt dt              cos sin w : cos sin s s r s s r sr r r r s d di di d v L M i M dt dt dt dt here did di d v L M i M dt dt dt dt                 Sơ đồ nguyên lý * Trong trường hợp máy đồng bộ và không đồng bộ: * Gọi Biến đổi lượng giác, tính trung bình 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 13      cos cos sinem m m s r s rp T I I M t t            cos cos s s s r r r i I t i I t     mt       sin 4 m s r m av I I M P      Máy 2 pha 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 14 2 s s S N i H g  rHS H bsi+ + asi  2 r r r N i H g  Chú ý: do 2 pha vuông góc nên không có hỗ cảm giữa các cuộn dây stator (rotor) với nhau bri ari Máy 2 pha 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 15 + asi  Tự cảm và hỗ cảm của pha A (stator) với rotor được tính theo hình bên ari bri as as ar ar 0 cos sin 0 sin cos cos sin 0 sin cos 0 s bs bss r br brr iL M M iL M M iM M L iM M L                                           Đồng năng lượng và moment * Đồng năng lượng (công thức ) Từ từ thông liên kết ta tính được Moment điện từ được tính 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 16 ' 2 2 2 2 as bs ar br ar ar br br 1 1 1 1 W cos 2 2 2 2 sin sin cos m s s r r as bs as bs L i L i L i L i Mi i Mi i Mi i Mi i                       sincos ' bsbrarasbrasbsar me iiiiiiiiM W T      sin sin m s r e m m m r s m s r m r s p T I I M t I I M                         Presenter: Trịnh Hoàng Hơn Industrial and Civil Automation Lab Tel: 0903767041 trinhhoanghon09@gmail.com www.icalabhcmut.edu.vn MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3 PHA 28/06/2015 9:01 CH Cấu tạo 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 18 Phân tích định tính * Động cơ Cấp điện 3 pha đối xứng vào stator •Tạo ra từ trường quay (clip từ trường quay) •Cấp điện một chiều vào rotor •Từ trường stator kéo rotor quay theo * Máy phát Cấp điện một chiều vào rotor Dùng động cơ sơ cấp kéo rotor quay Cảm ứng sang ba pha stator điện áp xoay chiều 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 19 60 f n p   Phân tích định lượng – (1) * Tương tự máy 1 pha và 2 pha Tính từ thông liên kết Tính đồng năng lượng Tính moment điện từ 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 20      00 ' 120sin120sinsin        MiiMiiMii d dM ii d dM ii d dM ii W T rcrbra cr rc br rb ar ra me Phân tích định lượng – (2) * Trong trường hợp đối xứng 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 21       0 0 sin sin 120 sin 120 =cons a m s b m s a m s r r i I t i I t i I t i I t             3sin 3sin 2 2 m m r s m r m se t I I M t I I M t t T                     3 sin 2 s m e a rT I I M        Phương trình cân bằng điện áp * Bỏ qua điện trở dây quấn stator * Một hình vật lý 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 22 0 3 2 2 a a jr a s a s s a ar d v dt MI V j L I j e jx I E          jxs Ear Va Ia jxsIa Ia Va Ear  d PT Pm Elec. Mech. Tính công suất bằng điện áp * Lấy Va làm chuẩn 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 23 jxsIa Ia Va Ear  d ar arE E d    * * * ar 3 3Re 3Re 3 sin T a ar a ar a ar ar a s s s P P E I E V E E E V j j X X X d            ar a s V E I jx   Chế độ động cơ 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 24 ar 0 0 3 sin T a T Ps E V P X d d      jxs Ear Va Ia PT Pm Elec. Mech. Chế độ máy phát 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 25 jxs Ear Va Ia asaar IjxVE  ar a a s E V I jx       0 0 0 0 3 sin 3Re T a ar a ar T s s P V E V E P jx x d d d               d Ia Va jxsIa Ear Chú ý: PT>0 trong trường hợp máy phát là do ta chọn chiều dòng điện ngược lại với chiều của động cơ VD 6.1 * Một máy điện đồng bộ ba pha, nối Y, 60 Hz, 2 cực, có điện kháng đồng bộ xs = 5 W/pha. Khi hoạt động ở chế độ động cơ, máy tiêu thụ 30 A tại điện áp pha 254 V và PF là 0.8 sớm pha. Tìm Ear và T e. Nếu máy có tổng tổn hao cơ và tổn hao sắt là 400 W, tính moment ra đầu trục? Hiệu suất? 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 26 jxs Ear Va Ia d  Ear Va jxsIa Ia Giải * Chọn Va làm vector tham chiếu 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 27   0 0 0 ar 0ar 254 0 30 36.87 364.3 19.23 3 sin 19.23 18286 48.5 18286 400 17886 0.978 18286 18286 a a T s e T m V I E V E P W X P T Nm                          VD 6.3 * Điều chỉnh dòng kích từ sao cho động cơ có hệ số công suất PF=1, công suất và điện áp không đổi. Tìm dòng điện và Ear? 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 28 0 0 0 0 ar 3 cos I 24 I 24 0 254 0 5 24 0 280.9 25.28 T a a a aP V I A E j                Cải thiện hệ số công suất * Động cơ đồng bộ PF sớm hoặc trễ  cải thiện hệ số công suất * Nếu vận hành không tải (tải nhỏ cố định) Ea*sind=const Giản đồ vector * Góc pha giữa V và I thay đổi 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 29 Va jxsI’a jxsIa I’a Ia Ear E’ar Tính giá trị đồng năng lượng * Chọn các giá trị đầu: ii=0, để lực f e i=0: 28/06/2015 9:01 CH Trịnh Hoàng Hơn ICA Lab 30       1 2 ' , ' 1 1 1 2 1 0 , ' 2 1 2 1 2 2 0 ' ' 1 2 1 1 2 0 W ,0,...,0, , ,..., , ,0,...,0, , ,..., ... , ,..., , , , ,..., N i m M i M i N N N M N i x x x di i i x x x di i i i i x x x di            (4.111)