Xem mẫu

  1. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA PH ẦN I: MỞ DẦU PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ I. GIỚI THIỆU VỀ HÒA ĐỒNG BỘ: II. MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ: Máy phát đồng bộ là loại máy điện luôn hoạt động tại một tốc độ cố định phụ thuộc vào tần số của nguồn điện cung cấp. Tốc độ làm việc bình thường của máy điện được gọi là tốc độ đồng bộ, xác định theo biểu thức sau: 120 f n= vòng/phút p Trong đó: f là tần số nguồn cung cấp, Hz p là số cực của máy phát đồng bộ Trong máy phát đồng bộ, mối quan hệ giữa tốc độ làm việc và tần số của lưới điện kết nối không thay đổi. Máy phát đồng bộ ứng dụng trong thực tế có một phạm vi công suất ra rất đa dạng. Trong các ứng dụng nhỏ, máy phát đồng bộ có thể chỉ là các máy công suất vài miliwatt. Ngược lại trong các nhà máy điện, các máy phát đồng bộ được sử dụng với công suất trên 1500MW. Máy phát đồng bộ còn được gọi là Alternator (máy phát xoay chiều) khi làm việc ở chế độ máy phát. Một alternator nhỏ thường gặp là các máy phát tốc hay còn gọi là thiết bị cảm biến tốc độ. 1. Cấu Tạo: Trong máy điện đồng bộ, cuộn dây phần ứng được đặt ở phần tĩnh (stato) và dây phần cảm được đặt ở phần động (rotor). Trong máy điện quay, phần ứng là bộ phận của máy điện được cảm ứng sức điện động do đó chuyển động tương đối với từ thông. Trong điều kiện hoạt động bình thường, dòng điện ba pha của cuộn dây stato phía stato tạo ra từ trừng quay. Rotor máy điện đồng bộ đơn giản là mooatj nam châm có số cực bằng số cực cuộn dây stato. Cuộn dây rotor được cấp điện từ nguồn một chiều bên ngoài thông qua các vành trượt và chổi than. Bởi vậy nó tạo ra từ trừng rotor. Khi rotor quay đồng bộ với từ trường stato, từ trừng tổng trong máy là từ trừng stato và từ trừng rotor tạo ra. Căn cứ vào cấu tạo rotor có thể chia máy điện đồng bộ thành hai loại : máy điện đồng bộ rotor cực ẩn (non-salient rotot) và máy điện đồng bộ rotor cực lồi (salient rotor). SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 1
  2. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA a. Cấu Tạo Stato: Câu tạo stato máy điện đồng bộ giống như máy điện không đồng bộ gồm có ba phần: võ máy, lõi sắt và dây quấn. • Vỏ máy: Vỏ máy được làm bằng gang đúc hay thép, trên vỏ máy có đúc gân tản nhiệt. để tăng diện tích tản nhiệt. Lõi thép stator Dây qu ấn cách đi ện Hình 1.1: C ấu tạo stato máy phát đồng bộ Vỏ máy dùng để cố định lõi thép và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ. Hình 1.2: C ấu trúc hình học mặt cắt ngang của stato máy điện đồng bộ. SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 2
  3. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA • Lõi thép: Là phần dẫn từ, được ghép bằng các lá thép kỷ thuật điện ó chiều đày khoảng 0.3- 0.5mm, được sơn cách điện hai mặt để chống dòng Fuco. Lá thép stato có dạng hình vành khăn, phía trong được đục các rãnh để đặt dây quấn. Cấu tạo lõi thép gồm có ba phần: rãnh, răng và gông từ. Hệ số ép chặt các lá thép này từ 0.92 - 0.98. Lõi thép Dây quấn stator (đượ c đặt trong rãnh) Hình 1.3: C ấu tạo lõi thép và dây quấn của stato. • Dây quấn: Dây quấn stato được đặt vào các rãnh của lõi thép và được cách điện với rãnh. b. Cấu Tạo Rotor: • Máy điện đồng bộ rotor cực ẩn: ( non-salient rotor) Lõi thép là một khối thép rèn hình trụ, mặt ngoài sẽ rãnh đ ể đ ặt các cuộn dây kích từ (hinh 1.4). Cực từ của máy cực ẩn không hiện ra ngoài. Cuộn dây kích từ đặt đều trện 2/3 chu kỳ rotor. Với cấu tạo như trên thì rotor cực ẩn có độ bền cơ rất cao, dây quấn kích từ rất vững chắc do đó các loại máy điện đồng bộ có tốc độ cao từ 1500v/ph trở lên đều được chế tạo với rotor cực ẩn. Để hạn chế lực ly tâm, trong pham vi an toàn đối với thép hợp kim chế tạo thành lõi thép rotor, đường kính D của rotor không được vượt quá 1,1 ÷ 1,15 m. Để tăng công suất máy , chỉ có thể tăng chiều dài l của rotor. Chiều dài tối đa của rotor vào khoảng 6,5m. Dây quấn kích từ đặt trong rãnh rotor được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật . Hai đầu dây quấn kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vành trượt đặt ở đầu trục thong qua hai chổi than để nối với dòng kích từ một chiều bên ngoài. SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 3
  4. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Dây quấn rotor Hình 1.4: C ấu tạo mặt cắt ngang máy điện rotor cực ẩn hai cực đơn giản. Máy điện đồng bộ rotor cực ẩn, từ trở mạch phần cảm không phụ thuộc vào vị trí tương đối so với trục cực từ. Máy điện đồng bộ cực ẩn khó chế tạo hơn máy điện cực lồi. Hình 1.5: Cấu tạo rotor cực ẩn của máy điện đồng bộ. • Máy điện đồng bộ rotor cực lồi: ( salient rotor) Lõi thép gồm những lá thép kỷ thuật điện ghép lại với nhau, các cực từ hiện ra rõ rệt. Phía ngoài cực từ là mỏm cực, có tác dụng làm cho cường độ từ cảm phân bố dọc theo stato rất gần với hình sin. SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 4
  5. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Máy cực lồi thường có tốc độ quay thấp, vì vậy khác với máy cực ẩn, đường kính rotor D của nó có thể lớn tới 15m trong khi chiều dài l l ại nhỏ với tỷ lệ l/D = 0,15 ÷ 0,2. Ở các máy lớn, lõi thép đó được hình thành bởi các tấm thép dày 1 ÷ 6mm, được dập hoặc đúc định hình sẵn để ghép thành các khối lăng trujvaf lõi thép này thường không trực tiếp lồng vào trục máy mà được đặt trên giá đỡ của rotor. Giá đỡ này lồng vào trục máy như hình 1.6a. Cực từ đặt trên lõi thép rotor được ghép bằng những lá thép dày 1 ÷ 1,5mm. Vành tr ượt Hình 1.6 : a) Rotor 6 cực cua máy phát đồng bộ cực lôi. b)Hinh anh cua ̉ ̀ ̀ ̉ ̉ rotor 8 cực máy phát đồng bộ cực lôi với cac dây quân trên cac cực rotor. ̀ ́ ́ ́ c) Hinh anh cua môt cực rotor dang cực lôi khi chưa quân dây. d)Hình ảnh ̀ ̉ ̉ ̣ ̣ ̀ ́ một cực lồi của rotor đã được quấn dây nhưng chưa gắn lên trục rotor. Dây quấn kích từ quấn trên các cực từ hình thành cuộn dây kích từ, hai đầu cuộn dây kích từ được nối với hai vành trượt qua hai chổi than tới nguồn điện một chiều bên ngoài. SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 5
  6. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Trong máy điện đồng bộ cực lồi, các dòng điện không được chạy trong thân của rotor, các thanh đồng nặng đặt tại các rãnh trên bề mặt cực. Các thanh đồng này được nối ngắn mạch tương tự như rotor lồng sóc trong các động cơ không đồng bộ. Cuộn dây này có tên là cuộn cản dịu. Khi tải của máy điện đồng bộ thay đổi thì góc phụ tải cũng thay đổi. Cũng chính lý do này mà dao động trong góc phụ tải dẫn đến dao động cơ khí của trục rotor. Sự dao động của rotor dẫn đến hiện tượng rung và có thể phá hủy kết cấu máy. Cuộn dây cản dịu tạo ra moment để khử các dao động của rotor khi có sự biến động của tải đối với máy phát điện. Trục rotor Trục pha a Hình 1.7: C ấu tạo mặt cắt ngang máy điện rotor cực lồi hai cực đơn giản. SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 6
  7. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Vành tr ượt Rotor cự c ẩn Rotor cự c l ồi Mặt cắt Sơ đồ dây Đườ ng sức từ Hình 1.8: C ấu tạo rotor máy điện đồng bộ • Vành góp:( slip rings) Vành góp là một bộ phận quan trọng trên rotor. Bản chất của vành góp là một kết nối điện được sử dụng để dẫn dòng điện một chiều từ nguồn DC bên ngoài đặt lên cuộn dây kích từ, tạo ra từ thông kích thích cho máy phát. Khác với máy điện DC, vành góp trong máy điện đồng bộ không có hình bán khuyên mà gồm có hai vành khuyên hình tròn bằng vật liệu dẫn điện tốt, hai vành này cách điện với nhau, cách điện với trục rotor và nối cứng với hai đầu cuộn dây phần cảm đặt trên rotor. • Chổi than:(brushes) Chổi than của máy điện đồng bộ cũng giống máy điện DC, chổi than tỳ sát lên vành góp nối mạch phần cảm với mạch ngoài mà cụ thể là với nguồn DC kích từ bên ngoài. • Dây quấn máy điện đồng bộ:  Dây quấn dạng định hình trước: Là loại dây quấn được làm từ những bó dây hay thanh dẫn cách đi ện. Nó được chèn vào các rãnh trên rotor hoặc stator. Trong các máy điện lớn, dây được làm bằng các thanh nhôm hoặc đồng hình chữ nhật. Các thanh dẫn sẽ tạo thành các bối dây, bối dây chính là đơn vị cơ bản của dây quấn máy điện.Các thanh dẫn này được sơn phủ véc-ni, tẩm sấy cẩn thận để đảm bảo cách điện tốt nhất. Công đoạn gia công định hình cho các bối dây loại này phải được thực hiện trước khi sơn vec-ni vì vậy các thanh dẫn có tên gọi là dây quấn định hình trước. SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 7
  8. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Dây quấn định hình trước thường dùng nhiều nhất trong dây quấn phần ứng và dây quấn phần cảm của máy phát đồng bộ rotor cực ẩn.  Dây quấn solenoid: Là loại dây quấn được quấn trực tiếp lên các cực từ của stator hoặc rotor của máy điện thường làm từ các bó dây điện từ mảnh nên rất dễ gia công, định hình và chèn vào các rãnh lõi thép. Để đạt điện trở cách điện cao và định hình bối dây, dây điện từ vẫn phải tẩm sấy và đánh véc-ni như các loại dây khác. Dây quấn solenoid thường được sử dụng nhiều nhất trong máy đồng bộ cực lồi, phần cảm máy điện DC, nam châm điện và rơ-le công suất.  Dây quấn cản : Dây quấn cản được lắp đặt ở phía mặt ngoài của rotor và cách bố trí giống cách bố trí các thanh dẫn của rotor động cơ rotor lồng sóc. Chức năng của dây quấn cản là cho phép máy điện đồng bộ khả năng khởi động giống như một động cơ không đồng bộ, đồng thời nó còn làm giảm sự dao động của rotor trong quá trình quá độ. 2. Nguyên Lý Hoạt Động Của Máy Điện Đồng Bộ:  Nguyên lý hoạt động của máy phát đồng bộ: Một đòng điện một chiều được đặt lên dây quấn rotor của máy phát đồng bộ để tạo từ thông rotor. Động cơ sơ cấp sẽ kéo rotor của máy phát xoay và làm từ trường trong máy phát xoay với tốc độ bằng tốc độ động cơ sơ cấp. Điện áp ba pha sẽ được sinh ra trong ba cuộn dây stator của máy phát nhờ từ trường rotor xoay. Rotor có thể xem như một nam châm điện lớn. Cực từ cua rotor có thể là ̉ dang cực lôi hoăc dang cực ân. Rotor 2 hoăc 4 cực thường dung cho dang ̣ ̀ ̣ ̣ ̉ ̣ ̀ ̣ cực ân, con rotor có số cực lớn hơn 4 thường dung cho dang cực lôi. ̉ ̀ ̀ ̣ ̀ Rotor cua những máy phát đồng bộ nhỏ thường được câu truc băng dang lá ̉ ́ ́ ̀ ̣ thep mong để giam tôn hao do dong điên xoay, trong khi cac máy phát đồng ́ ̉ ̉ ̉ ̀ ̣ ́ ́ bộ lớn không dung dang câu truc nay vì nó lam giam khả năng chiu đựng ̀ ̣ ́ ́ ̀ ̀ ̉ ̣ cac tac đông cơ hoc manh trong quá trinh hoat đông cua may phat. ́ ́ ̣ ̣ ̣ ̀ ̣ ̣ ̉ ́ ́ SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 8
  9. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Mach phân cam cua máy phát đồng bộ được câp dong môt chiêu theo môt ̣ ̀ ̉ ̉ ́ ̀ ̣ ̀ ̣ trong hai cach sau: ́  Băng vanh trượt và chôi than ̀ ̀ ̉  Băng môt nguôn điên DC đăc biêt đăt trực tiêp trên truc rotor. ̀ ̣ ̀ ̣ ̣ ̣ ̣ ́ ̣ Vanh trượt là môt vong kim loai bao quanh nhưng cach điên với truc ̀ ̣ ̀ ̣ ́ ̣ ̣ rotor. Môi vanh trượt trên truc nôi với môt đâu cuôn dây rotor và môt số ̃ ̀ ̣ ́ ̣ ̀ ̣ ̣ chôi than nôi với nguôn điên bên ngoai sẽ tì sat lên cac vanh trượt nay. Đâu ̉ ́ ̀ ̣ ̀ ́ ́ ̀ ̀ ̀ dương (+) cua nguôn điên sẽ nôi với môt vanh trượt và đâu âm (-) cua ̉ ̀ ̣ ́ ̣ ̀ ̀ ̉ nguôn sẽ nôi với vanh trượt con lai. ̀ ́ ̀ ̀ ̣ Vanh trượt và chôi than trong máy phát đồng bộ là những bộ phân đăc ̀ ̉ ̣ ̣ biêt đoi hoi phai được theo doi và bao trì thường xuyên do sự ăn mon luôn ̣ ̀ ̉ ̉ ̃ ̉ ̀ diên ra liên tuc trên chôi than. Đông thời, sự sut ap trên chôi than cung gây ̃ ̣ ̉ ̀ ̣ ́ ̉ ̃ ra tôn thât công suât khá lớn khi may lam viêc với dong phân cam lớn. ̉ ́ ́ ́ ̀ ̣ ̀ ̀ ̉ Bât châp những vân đề trên, tât cả cac may phat nhỏ trong thực tiên đêu sử ́ ́ ́ ́ ́ ́ ́ ̃ ̀ dung chôi than và vanh trượt vì cac phương phap khac sử dung để câp dong ̣ ̉ ̀ ́ ́ ́ ̣ ́ ̀ DC cho phân cam hâu như đăc tiên hơn rât nhiêu. ̀ ̉ ̀ ́ ̀ ́ ̀ Điện áp AC đầu ra Phần ứng Phần cảm Kích từ phần cảm Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của máy phát đồng bộ  Phương pháp kích từ: Cuộn dây phần cảm của máy phát đồng bộ được cấp nguồn từ một nguồn điện DC, nguồn DC này có thể là từ nguồn pin-acquy, năng lượng pn mặt trời, máy phát DC hoặc từ chỉnh lưu điện xoay chiều. Nó gọi là bộ phận kích từ hay cuộn dây kích từ của máy điện. Nam châm vĩnh cửu cũng có thể sử dụng thay thế để kích từ cho Máy phát đồng bộ. Dòng điện kích từ của máy điện sẽ điều khiển điện áp đầu cực máy phát điện, hệ số công suất, dòng ngắn mạch, môment và những đáp ứng tức thời của Máy phát đồng bộ. SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 9
  10. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Trong Máy phát đồng bộ lớn, bộ kích từ sử dụng có thể là bộ kích từ DC hoặc AC. Bộ kích từ AC thường là một Máy phát đồng bộ bình thường giống như máy phát đồng bộ chính nhưng công suất nhỏ hơn. Điện áp AC ba pha đầu ra của máy phát đồng bộ kích từ được chỉnh lưu sang DC và cấp cho cuộn dây kích từ của phần cảm. Vành trượt và chổi than sẽ tạo kết nối điện giữa bộ kích từ và hai đầu dây quấn phần cảm cho phép cấp dòng DC tới phần cảm. Dòng kích từ DC thường được điều chỉnh bằng biến trở. Hầu hết các nguồn điện DC kích từ ( ngoại trừ nguồn acquy) đều có dạng sóng nhấp nhô không phẳng. Điều này là do có sự tồn tạn của các sóng hài sinh ra trong quá trình chỉnh lưu điện tử công suất dòng điện AC sang DC. Sóng hài nguồn kích từ cao là một điều không mong muốn vì có thể làm tăng hài bậc cao trong máy phát chính.Vì vậy, trong hệ thống kích từ thường phải trang bị một bộ lọc nhằm làm giảm độ nhấp nhô của điện áp DC đến mức giới hạn cho phép.  Kích từ chỉnh lưu xoay( kích từ không-chổi than): Cac máy phát đồng bộ lớn rât ưu chuông cac bộ kich từ không-chôi than ́ ́ ̣ ́ ́ ̉ như là phươngng phap câp dong kich từ ưu viêt nhât. Bộ kich từ nay là môt ́ ́ ̀ ́ ̣ ́ ́ ̀ ̣ may phat AC nhỏ có phân ứng năm trên rotor và phân cam trên stator. Máy ́ ́ ̀ ̀ ̀ ̉ phát kích từ này được đặt trực tiếp trên trục rotor của máy phát chính. Hai máy phát chính và kích từ đồng trục với nhau Các Máy phát đồng bộ nhỏ sử dụng bộ kích từ không-chổi than để thay thế cho vành trượt và chổi than truyền thống, các máy phát đồng bộ dạng này có tên gọi là máy điện chỉnh lưu xoay. Thông thường các máy phát đồng bộ sử dụng chổi than và vành trượt cần phải được bảo dưỡng thường xuyên do các tia lửa điện và kể cả việc phải thay thế chổi than do bào mòn nên rất phiền phức và tốn kém. Sự ra đời của bộ kích từ không- chổi than là nhằm khắc phục khuyết điểm trên. Như vậy, bạn có thể hình dung là bên trong máy phát chính còn có một máy phát nhỏ, một máy phát bên trong một máy phát khác, máy phát nhỏ là máy phát kích từ và máy phát lớn là máy phát chính. SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 10
  11. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Đầu ra của máy phát kích từ (điện áp ba pha xoay chiều) đ ược chuyển đổi sang DC bằng mạch chỉnh lưu ba pha cũng được đặt trên rotor. Dòng điện DC sau chỉnh lưu sẽ được dẫn đến mạch phần cảm của máy phát chính và dòng điện này lại được điều khiển bằng cách điều chỉnh dòng điện phần cảm trên máy phát kích từ. Hệ thống kích từ không-chổi than sẽ không cần bảo dưỡng thường xuyên như chổi than và vành trượt vì bản chất của nó không có các tiếp xúc cơ khí giữa phần tĩnh và phần xoay (hình 2.2, hình 2.3, hình 2.4) Tuy nhiên, hầu hết các máy phát đồng bộ kích từ không-chổi than cũng thường vẫn phải trang bị thêm các chổi than và vành trượt đ ể phục vụ trong các tình huống khẩn cấp. Nhược điểm chính của bộ kích từ không-chổi than là thời gian đáp ứng chậm của điện áp đầu ra máy phát chính khi thay đổi điện áp kích từ máy phát kích từ. Thời gian đáp ứng của máy điện này khoảng 0,5 ÷ 1s trong khi thời gian đáp ứng của máy phát đồng bộ sử dụng chổi than và vành trượt là khoảng 0,2s. Bộ kích từ không chổi than này không thể sử dụng trong các nhà máy điện công suất lớn, hiện đại do hệ thống kích từ không đạt yêu cầu về thời gian đáp ứng ngắn mà hệ thống cho phép. Máy phát Chỉnh lư u Máy điện kích từ ba pha đồng bộ Phần ứng máy Phần cảm máy phát kích từ phát chính Phần cảm máy Điện áp ba pha phát kích từ đầu ra Phần ứng máy phát chính Điện áp ba pha đầu vào (dòng nhỏ) Hình 2.2 : Hệ thống kích từ không-chổi than. SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 11
  12. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Hình 2.3 : Máy phát đồng bộ cực lồi với máy phát kích từ đặt trên trục Hình 2.4: Hình ảnh rotor của máy phát đồng bộ với bộ kích từ không-chổi than đặt trên cùng một trục SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 12
  13. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA 3. Đặc Tính Làm Việc Của Máy Phát:  Đặc tính kích từ trong máy điện đồng bộ: Đặc tính kích từ của máy điện đồng bộ không thay đổi dù máy đang hoạt động ở chế độ động cơ hoặc máy phát. Đặc tính kích từ mô tả sự thay đổi của dòng điện phần ứng khi thay đổi điện áp phần cảm. Hình 2.5 mô tả đặc tính kích từ của máy điện đồng bộ với giả thiết điện áp phần ứng được giữ không đổi. Trong khu vực thiếu kích thích (phần bên trái đường cong) máy điện đồng bộ đóng vai trò một tải cảm với hệ số công suất rất thấp. SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 13
  14. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Hệ số công su ất i t tả g suấ Côn Hình 2.5: Đường đặc tính kích từ của máy điện đồng bộ Ngược lại trong khu vực quá kích thích (phần bên phải đường cong) máy điện đồng bộ lại đóng vai trò một tải dung có hệ số công suất cao. Do đó, máy điện đồng bộ có thể sử dụng như một phương tiện điều chỉnh công suất phản kháng trong khi nó tiêu thụ công suất tác dụng. Hinh 2.6 mô tả cac trang thai lam viêc cua máy điện đồng bộ trên 4 vung ̀ ́ ̣ ́ ̀ ̣ ̉ ̀ ̀ ̉ ̣ ̉ ́ ́ ̣ ́ ̉ ́ phân IV cua măt phăng công suât tac dung- công suât phan khang. SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 14
  15. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Công suất phản kháng, Var Động cơ Thiếu kích thích Máy phát Hệ số công suất mang tính cảm Thiếu kích thích Tiêu thụ Công suất thực. W Phát ra Tiêu thụ Phát ra Máy phát Động cơ Quá kích thích Thiếu kích thích Trạng thái hoạt động bình thường Hệ số công suất mang của các máy phát điện tính dung Hình 2.6: Hoat đông cua máy điện đồng bộ tai cac goc phân IV ̣ ̣ ̉ ̣ ́ ́ ̀ ̉ ̣ ̉ cua măt phăng công suât́  Đặc tính tần số-công suất và điện áp-công suất phản kháng: Nguồn công suất cơ đầu vào của máy phát bắt nguồn từ động cơ sơ cấp, đó có thể là các động cơ diesel, hơi nước, turbine… Nhìn chung, tất cả chúng đều có những đáp ứng tương đối giống nhau. Khi công suất tải tăng lên thì tốc độ của chúng sẽ giảm xuống. Độ sụt tốc của động cơ sơ cấp (SD) được xác định như sau: nnl : tốc độ lúc không tải, vòng/phút nfl : tốc độ lúc đầy tải, vòng/phút SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 15
  16. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Độ sụt tốc của động cơ sơ cấp thường từ khoảng 2 ÷4% . Hình 2.7a biểu diễn đường đặc tính công suất-tốc độ của động cơ sơ cấp. Bên cạnh đó, công suất đầu ra của máy phát cũng liên hệ với tần số điện theo biểu thức : P: công suất đầu ra của máy phát SP : độ dốc của đường đặc tính (hình 2.7b), W/Hz hoặc kW/Hz fnl : tần số máy phát lúc không tải ffl : tần số máy phát lúc đầy tải Hình 2.7: a) Đường đặc tính công suất-tốc độ của động cơ sơ câp. b)Đường đặc tính tần số-công suất của máy phát. Công suất phản kháng Q cũng có mối liên hệ tương tự với điện áp đ ầu cực máy phát VT (điện áp dây). Như đã trình bày trước đây, điện áp đầu cực của máy phát sẽ sụt khi ta gắn thêm vào máy phát một tải có tính cảm và nó sẽ tăng lên khi gắn thêm vào một tải mang tính dung. Hình 2.8 sẽ cho chúng ta thấy đáp ứng của điện áp đầu cực đối với công suất phản kháng Q. Hình 2.8: Đường đặc tính điện áp VT – công suất Q của máy phát đồng bộ Đường đặc tính điện áp VT-công suất Q đóng vai trò rất quan trọng trong vận hành máy phát ở chế độ làm việc song song. Khi làm việc độc lập, công suất P,Q cung cấp bởi máy phát luôn bằng với công suất tiêu thụ ở tải.  Đặc tính không tải của máy phát đồng bộ: Đặc tính không tải của máy phát đồng bộ là mối quan hệ giữa sức điện động EA=VΦ và dòng điện kích từ IF khi máy làm việc không tải (IA=0) và tốc độ quay của rotor không đổi. Nó chính là đường cong từ hóa B=f(H) của vật liệu sắt từ. Hình 2.9: Đặc tính không tải EA=f(IF) SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 16
  17. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA  Đặc tính ngắn mạch: Đặc tính ngắn mạch là quan hệ : Đặc tính lúc ngắn mạch của máy phát đồng bộ là một đường thẳng tuyến tính vì: Lúc ngắn mạch, phản ứng phần ứng là khử từ Hình 2.10: Đường đặc tính ngắn mạch  Đặc tính ngoài : Đặc tính ngoài của máy phát đồng bộ là quan hệ giữa điện áp VΦ của máy phát và dòng điện tải IA khi tính chất tải không đổi (cosφ =const), cũng như tốc độ quay rotor n và dòng điện kích từ IF không đổi. Từ hình 2.11, ta thấy đặc tính ngoài phụ thuộc vào tính chất của tải. Tải có tính cảm khi IA tăng, do phản ứng phần ứng khử từ nên điện áp giảm, đường biểu diễn đi xuống. Tải có tính dung thì có tính chất ngược lại. Dòng điện từ hóa định mức là dòng điện kích thích ứng với chế độ V - Φ=VΦdm, IA=IAdm, cosφ= cosφdm ,f=fdm  Đặc tính điều chỉnh: Đặc tính điều chỉnh của máy phát là quan hệ giữa dòng điện kích từ IF theo dòng điện tải IA khi 2.11: ápặVΦ không đổmáy c độ đồng của rotor n không Hình điện Đ c tính ngoài i, tốđiện quay bộ đổi và cosφ cũng không đổi. Tức là quan hệ: Đặc tính này cho biết cần phải điều chỉnh dòng điện kích từ như thế nào để giữ cho điện áp VΦ trên đầu cực của máy phát không đổi khi tăng tải. Thông thường trong các máy điện đồng bộ có trang bị các bộ tự động điều chỉnh dòng kích từ để ổn định điện áp V Φ đầu cực máy phát luôn không đổi. SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 17 Hình 2.12: Đặc tính điều chỉnh máy phát đồng bộ
  18. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Dòng điện kích thích thay đổi ứng với các tính chất tải khác nhau:  Tải thuần trở: Tăng tải thì phải tăng dòng điện kích từ IF để bù điện áp rơi trên dây quấn phần ứng.  Tải có tính cảm: Tăng tải thì phải tăng dòng điện kích từ đến (1,7÷ 2,2 )IF0 để khắc phục phản ứng phần ứng khử từ.  Tải có tính dung: Tăng tải thì phải giảm IF do phản ứng phần ứng trợ từ 4. Công Suất Trong Máy Điện Đồng Bộ: Như đã đề cập, máy phát đồng bộ là loại máy chuyển đổi cơ năng thành điện năng ba pha. Cơ năng thường được lấy từ các loại turbine ( gió, khí…). Tuy nhiên khi sử dụng các loại turbine này cũng cần đảm bảo độ dao động về tốc độ của turbine trong phạm vi cho phép mới giữ được sự ổn định về tần số. Hình 2.13 minh họa cho các dòng công suất xuất hiện trong máy phát đồng bộ. Hình 2.13 : Giản đồ dòng công suất trong máy phát đồng bộ Công suất cơ đầu vào Trong đó: là môment cơ đặt lên trục turbine, Nm là tốc độ góc của turbine, rad/s Khi đó, công suất chuyển đổi từ cơ sang điện là : ( là góc lệch giữa EA và IA) Công suất điện thực của máy phát tính theo điện áp dây : Hoặc công suất thực tính theo điện áp pha là: Công suất phản kháng của máy phát tính theo điện áp dây: Và công suất phản kháng tính theo điện áp pha: SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 18
  19. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Nếu bỏ qua điện trở phần ứng ( XS >> RA) , biểu thức công suất đầu ra sẽ đơn giản hơn rất nhiều. Hình 2.14 : Giản đồ điện áp pha với điện trở phần ứng được bỏ qua Đoạn bc trên giản đồ biểu thị cho giá trị của EA sinδ (hoặc XSIA cosθ), do đó : Thế vào phương trình công suất đầu ra, ta có: Trường hợp này sẽ không có tổn hao đồng trên máy phát do giả thiết điện trở phần ứng là 0 nên Pconv = Pout’ . Dựa vào biểu thức công suất thực đầu ra ở trên ta thấy độ lớn của công suất P này phụ thuộc vào góc lệch pha giữa VФ và EA là δ. Bình thường ngoài thực tế góc lệch này là khoảng 15 ÷ 200 khi máy phát mang đầy tải. Mômnet điện từ trong máy phát được phát biểu như sau: Hoặc : Độ lớn của môment điện từ: ( δ là góc lệch giữa thông rotor và từ thông tổng) Hoặc : 5. Quá Trình Năng Lượng: a. Tải thuần trở: Khi vị trí rotor như hình 2.14a, trong các dây dẫn của pha A dòng điện đạt giá trị cực đại i = I m , sức điện động cũng đạt giá trị cực đại e = Em , vì tải thuần trở dòng điện và điện áp trùng pha nhau (hình 2.14b). Hướng sức điện động và hướng dòng điện trong các pha A, B, C có thể xác định theo quy tắc bàn tay phải còn chiều từ thông do các dòng điện sinh ra xác định bằng quy tắc vặn nút chai. Từ hình 2.14a ta thấy rằng chiều từ thông dòng tải có hướng ngang với từ thông chính và mang tên là phản ứng ngang trục SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 19
  20. Đề tài: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÒA ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ BA PHA Hình 2.14: Ph ản ứng ngang trục máy điện đồng bộ Giá trị cực đại của từ trừơng nằm ở dưới các cực trên trục d-d ’, còn sức từ động phản ứng phần ứng có giá trị cức đại trên trục q- q’. Điều này làm cho sự phân bố cảm ứng từ trong khe không khí dưới các cực từ không đối xứng. kết quả từ trường chính bị biến dạng. b. Tải thuần cảm: Sức điện động cảm ứng trong các cuộn dây nhanh pha so với dòng điện một góc . Dòng điện trong pha A đạt được giá trị cực đại khi giá trị sức điện động có giá trị bằng 0, còn rotor chiếm vị trí như hình 2.15a. SVTH: TRẦN THIẾT GIÁP Trang 20