Bài giảng Máy điện - Chương 5: Máy điện đồng bộ

điện đồng bộ 41 ================= HẾT ======================= Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 42 ĐỘNG CƠ: Từ trường quay trong động cơ đồng bộ khi không tải V~Ftotal   , IjX~F ss   , E~Fr   0E  V5.0E   Q > 0, tải cảm (RL) VE   V5.1E   I = 0 Q = 0 Q < 0, tải dung (RC) Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 43 Từ trường quay khi có tải Mạch tương đương ĐCĐB Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 44 MÁY PHÁT: Mạch tương đương của MPĐB Từ trường quay trong MPĐB (quá kích từ) Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 45 B. Máy điện đồng bộ có rotor cực từ lồi: Rotor cực từ lồi Rotor cực từ ẩn N S A- B+ A+ C+ C- B- A B C N S A+ B+ C+ B- A- C- Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 46 qe ae X Axe bobine a a' a a' ge Axe bobine b b' Axe bobine c c' b b' c c' Axe inducteur N S Tải L: Zt U Ra jXs Ia It Tải Eaf n Re U Eaf jXsI I 0 Re U Eaf jXsI I t  0  Eaf Re U jXsI I t  0 A B C N N S Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 47 Từ thông phản ứng phần ứng dọc trục Tải RC Tải R Từ thông phản ứng phần ứng ngang trục Eaf Re U jXsI I 0 Eaf Re U jXsI I t  0 Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 48 Từ thông phản ứng phần ứng ngang trục nhỏ hơn dọc trục Với Xal là điện kháng từ tản không phụ thuộc theo phương dọc trục hay ngang trục. Re U Eaf jXsI I t  0  Eaf Re U jXsI I t  0 A B C N N S N S A+ B+ C+ B- A- C- Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 49 Zt U Ra jXA Ia It Tải Eaf n jXal ER Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 50 Xd = Xal + XAd Xq = Xal + XAq Thường Xq = (0,6-0,7)Xd Với Xal là điện kháng từ tản không phụ thuộc theo phương dọc trục hay ngang trục.   aalaR IjXRE     qAqdAdaalaaf IjXIjXIjXRUE   qqddaaaf IjXIjXIRUE   Zt U Ra jXA Ia It Tải Eaf n jXal ER Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 51 aqaa IjXIRU   sẽ xác định phương Eaf. Khi tính gần đúng có thể xem máy đồng bộ cực từ lồi giống như máy cực từ ẩn, khi đó Xq = Xd và: adaaqdddaaaf IjXIRUIjXIjXIRUE   Khi làm việc ở định mức, sự sai biệt là không nhiều. Nhưng khi làm việc ở thiếu kích từ thì sự sai biệt sẽ đáng kể. Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 52 Ví dụ 5.5: Máy phát làm việc ở định mức có: Xd=1, Xq=0,6, cos=0,8 trễ. Tính Eaf (đvtđ)? Ra=0. ĐẶT TÍNH CÔNG SUẤT – GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CỰC TỪ LỒI XdT = XEQ + Xd XqT = XEQ + Xq U jXd jXq I Eaf n jXEQ VEQ Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 53 (sin(2) = 2sin.cos ) .... tạo ra moment phảng kháng (từ trở) có xu hưởng làm thẳng hàng rotor và stator, và không phụ thuộc Eaf. Khi máy phát định mức, thành phần này khoảng 10%. Thành phần này đáng kể khi Eaf nhỏ. Nhờ thành phần từ trở này mà  nhỏ hơn, máy cực từ lồi làm việc ổn định hơn máy cực từ ẩn. Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 54 Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 55 Bài tập 1: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ có các thông số định mức 11kV, 50Hz, 20MVA, cuộn dây stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 5, cosđm = 0,9 chậm pha. d. Tính giá trị sức điện động và góc tải ở điều kiện định mức? Tính giá trị công suất cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới với giá trị sức điện động đã tính ở trên. e. Tính giá trị sức điện động và góc tải nếu máy phát vận hành ở hệ số công suất 0,8 chậm pha, cấp cho lưới 12MW và điện áp lưới là 10kV. Tính giá trị công suất cực đại? f. Vẽ 2 đặc tính công suất – góc tải và chỉ ra các điểm làm việc đã tính ở trên. Bài tập 2: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ có các thông số định mức 11kV, 50Hz, 20MVA, cuộn dây stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 5. a. Tính giá trị công suất, sức điện động và góc tải ở điều kiện định mức với tải có cos = 0,9 chậm pha?Tính giá trị công suất tác dụng cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới với giá trị sức điện động đã tính ở trên? b. Tính giá trị công suất, sức điện động và góc tải nếu máy phát vận hành ở hệ số công suất 0,8 nhanh pha, cấp cho lưới 20MVA ở điện áp lưới định mức? c. Vẽ 2 đặc tính công suất – góc tải và chỉ ra các điểm làm việc đã tính ở trên? So sánh sức điện động của máy phát trong hai trường hợp trên? Bài tập 3: Hai máy phát đồng bộ 3 pha nối Y giống nhau vận hành ở 33kV, mỗi máy cung cấp 5MW cho tải 10MW, có hệ số công suất 0,8 chậm pha. Điện kháng đồng bộ của mỗi máy là 6. Máy thứ nhất có dòng điện 125A chậm pha. c. Tính dòng điện và hệ số công suất của máy thứ 2? d. Tính góc tải và sức điện đông của cả hai máy? Bài tập 4: Một máy điện đồng bộ có cuộn dậy stator 3 pha, cuộn dây kích từ rotor và cấu trúc rotor và stator dạng hình trụ. a. Vẽ mạch tương đương và giản đồ pha tương ứng khi máy điện vận hành ở chế độ: i. Máy phát thừa kích từ ii. Máy phát thiếu kích từ iii. Động cơ thừa kích từ iv. Động cơ thiếu kích từ Xác định trong mỗi trường hợp chiều của công suất tác dụng và công suất phản kháng giữa máy điện và lưới; và xác định hệ số công suất nhanh hay chậm. Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 56 b. Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ có các thông số định mức 16MVA, 10,5kV, 50Hz, cuộn dây stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 13,77, cosđm = 0,8 chậm pha. Tính giá trị sức điện động và góc tải khi máy phát vận hành ở điều kiện định mức? Và tính giá trị công suất tác dụng cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới, với giá trị sức điện động như khi vận hành ở điều kiện định mức trên. Bài tập 5: a. Một tuabin phát điện 3 pha có điện kháng đồng bộ 14 và cấp cho lưới công suất tác dụng 1,68MW với hệ số công suất chậm pha. Cuộn dây stator máy phát nối Y, nối với lưới 11kV và dòng điện stator là 100A. Tính hệ số công suất, góc tải và sức điện động cảm ứng? b. Một máy phát đồng bộ và một máy phát không đồng bộ nối song song và cấp vào lưới điện công suất tác dụng 800kW với hệ số công suất chung bằng 0,8 chậm pha. Biết máy phát không đồng bộ vận hành ở công suất 0,9 và phát công suất tác dụng 300kW vào lưới. Xác định hệ số công suất và công suất tác dụng máy phát đồng bộ phát lên lưới. Bài tập 6: Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn, 2 cực, đấu Y, có công suất định mức 10KVA, điện áp định mức 380V, 50Hz, nối lưới. Trên mỗi pha có điện kháng đồng bộ Xđb = 2. Biết tổn hao sắt là là 200W và tổn hao cơ là 500W. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công suất cos = 0,8 (chậm pha), hãy xác định: a. Tính công suất tiêu thụ, hiệu suất và momen cơ cấp cho máy phát ở tải định mức? b. Vẽ giản đồ vector và tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất . c. Độ thay đổi điện áp U%. d. Công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng kích từ và biên độ điện áp ngõ ra không đổi. e. Tính moment định mức và moment cực đại để kéo máy phát. BT1.1: Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn, 2 cực, kích từ độc lập, dòng kích từ 1A, tần số 50Hz, nối Y, 12A. Bỏ qua điện trở phần ứng, điện kháng đồng bộ pha là 10. Biết tổn hao cơ là 500W, bỏ qua tổn hao sắt. a. Khi máy phát cấp nguồn cho tải với điện áp định mức 380V, và dòng điện định mức 12A, tải có hệ số công suất cos=0,8, chậm pha. Vẽ giản đồ vector, tính sức điện động cảm ứng pha, góc công suất và momen cơ kéo máy phát? (1,0đ) b. Khi máy phát cấp nguồn cho tải có dòng điện định mức 12A, tải có hệ số công suất cos=1. Vẽ giản đồ vector, tính điện áp dây cấp cho tải Udây, góc công suất? Biết sức điện động của máy phát vẫn không đổi như ở câu a? (1,0đ) Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 57 c. Với tải (có dòng điện, cos như) ở câu b, tính dòng kích từ điều chỉnh để điện áp dây vẫn là 380V? Biết mạch từ còn tuyến tính. (0,5đ) BT1.2. Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, có công suất định mức 10KVA, điện áp định mức 380V, 50Hz, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng Rư0 và điện kháng đồng bộ Xđb = 5. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công suất cos = 0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy: a. Tính công suất tiêu thụ của tải định mức. b. Vẽ giản đồ vector và tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất . c. Tính độ thay đổi điện áp U%. d. Tính công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng kích từ không đổi và biên độ điện áp ngõ ra không đổi. e. Tính momen điện từ và momen kéo của máy phát biết tổn hao cơ là 500W. BT 1.3. Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, 2 cực, có công suất định mức 10KVA, điện áp định mức 380V, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng Rư = 0,5 và điện kháng đồng bộ Xđb = 5. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công suất cos = 0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy xác định: a. Tính công suất tiêu thụ của tải định mức. b. Vẽ giản đồ vector và tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất . c. Độ thay đổi điện áp U%. d. Công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng kích từ không đổi và biên độ điện áp ngõ ra không đổi. Đề thi 2012: Cho một máy điện đồng bộ ba pha 225MVA, 15kV, nối Y, 50Hz, hai cực, có các số liệu thí nghiệm: Dòng kích từ Dòng ngắn mạch Điện áp không tải Điện áp khe hở 470A 3897A 15kV 16.65kV Pcơ Pđt P2 Pđ Pqp Ps Pkt P1 Bài giảng Máy điện TB Chương 5: Máy điện đồng bộ 58 1045A 8660A 19kV 37kV a. Bỏ qua điện trở phần ứng. Tính giá trị điện kháng đồng bộ bão hòa Xs và không bão hòa Xs,? (1 điểm) Khi máy phát trên hòa lưới 15kV, cung cấp cho lưới 191.2MW với hệ số công suất là 0.85 chậm pha. Bỏ qua các tổn hao. b. Tính sức điện động, góc tải? (1 điểm) c. Với dòng kích từ như ở câu b: Tính công suất tác dụng cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới mà chưa mất đồng bộ? Tính moment cơ cực đại khi đó? (1 điểm) d. Để cho máy phát chạy ở chế độ bù công suất phản kháng, cần điều chỉnh dòng kích từ sao cho dòng điện phần ứng bằng định mức , hệ số công suất bằng 0, chậm pha. Khi đó, tính sức điện động, góc tải? (1 điểm) Đề thi 2013: Một máy phát đồng bộ 3 pha, 6 cực, nối Y, 10 kVA, 220 V, 60 Hz, cảm kháng đồng bộ Xs = 3 Ω/pha, bỏ qua điện trở phần ứng Ra. Đặc tính không tải của điện áp pha tại vận tốc 1000 vòng/phút được trình bày trong bảng bên dưới. E (V) 11 38 70 102 131 156 178 193 206 215 221 224 If (A) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 a) Xác định vận tốc định mức của máy phát? (1đ) b) Xác định dòng kích từ để máy hoạt động ở tải định mức với hệ số công suất 0.8 trễ? (1đ) c) Máy phát trên vận hành như động cơ, xác định góc tải và dòng kích từ để có hệ số công suất đơn vị với tải định mức? (2đ)