Bài giảng Máy điện - Đặng Quốc Vương

369 trang haiha333 07/01/2022 7730

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Máy điện - Đặng Quốc Vương", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_may_dien_dang_quoc_vuong.pdf

Nội dung text: Bài giảng Máy điện - Đặng Quốc Vương

Giảng viên: Tiến sĩ Đặng Quốc Vương Email: vuong.dangquoc@hust.edu.vn Phone: +84-963286734 Bộ Môn Thiết Bị Điện – Điện Tử Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nộ i 11
GIỚI THIỆU CHUNG 1. Mục đích ! Cung cấp cho sinh viên kiến thức cơ bản về máy điện. ! Sau khi học xong học phần này sinh viên hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại máy điện, mô hình toán mô tả các quá trình vật lí trong máy điện và các đặc tính chủ yếu của các loại máy điện. ! Nắm được phạm vi ứng dụng của các loại máy điện. 2. Tài liệu tham khảo ! Bài giảng: Máy điện (nhóm Máy điện – BM Thiết bị điện - Điện tử) ! Sách tham khảo: - Bài giảng MĐ. PGS Phạm Văn Bình, Ths. Lê Minh Tiệp, TS. Đặng Quốc Vương - Máy điện. Tập 1 & 2. Bùi Đức Hùng. Triệu Việt Linh. NXB Giáo dục. Hà nội 2007 - Máy điện 1 & 2. Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu 2
MÁY ĐIỆN I Nội dung Chương 1. Máy biến áp Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay Chương 3. Máy điện không đồng bộ Chương 4. Máy điện đồng bộ Chương 5. Máy điện một chiều 3
Chương 1. Máy biến áp Nội dung I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện II. Khái niệm chung về Máy biến áp III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp V. Máy biến áp ba pha 4
Chương 1. Máy biến áp Nội dung I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện II. Khái niệm chung về Máy biến áp III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp V. Máy biến áp ba pha 5
I. Tổng quan về HT năng lượng điện (1/6) 1.1. Hệ thống năng lượng điện Nhà máy điện MBA truyền tả i Nguồn phát Đ dây truyền tả i TBA truyền tả i TBA phân phố i Đường dây Khu vực tiêu thụ điện năng phân phối điên Thiết bị tự động phân phố i Hộ tiêu thụ điện năng 6
I. Tổng quan về HT năng lượng điện (2/6) 1.2. Các định luật điện từ thường dùng trong máy điện a. Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday) ! Khi từ thông bieến thiên xuyên qua vòng dây, trong vòng dây sẽ cảm ứng sức điện động " Sđđ cảm ứng trong một vòng dây được tính theo công thức Maxwell: d e e = dt " Trường hợp cuộn dây có w vòng, sđđ cảm Hinh 1.1 ứng là: d d e = w = dt dt trong đó, = w ( Wb ) là từ thông móc vòng của cuộn dây 7
I. Tổng quan về HT năng lượng điện (3/6) a. Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday) (tiếp) ! Khi thanh dẫn chuyển động với vận tốc v, nằm vuông góc từ trường sẽ cảm ứng sđđ e theo quy tắc bàn tay phải (hình 1.2): e = Blv, trong đó: e B - mật độ từ cảm (Wb) e l l - chiều dài của thanh dẫn v v ,B Hinh 1.2 ,B 8
I. Tổng quan về HT năng lượng điện (4/6) b. Định luật lực điện từ ! Thanh dẫn mang dòng điện đặt vuông góc với từ trường, thanh dẫn sẽ ch ịu một lực điện từ tác dụng, có trí số là Fdt = Bil, trong đó: B - từ cảm (T) i - dòng điện chạy trong thanh dẫn (A) l - chiều dài của thanh dẫn (m) i l i Fdt Fdt ,B Hinh 1.3 ,B Chiều của Fđt xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 1.3) 9
I. Tổng quan về HT năng lượng điện (5/6) c. Định luật toàn dòng điện ! Goi H là cường độ từ trường tạo bởi tập hợp các dòng điện i1; I2; In vqf C là đường cong khép kín trong không gian bao quanh các dây dẫn mang tập hợp dòng điện trên. Theo định luật ampere ta có: n Hdl = ik = F IC k=1 X i ! Áp dụng vào mạch từ hình 1.4, ta viết như sau: S trong đó: Hl = wi = F N H - cường độ từ trường trong mạch (A/m) l - chiều dài trung bình của mạch từ đo bằng mét l w - là số vòng của cuộn dây lõi thép Hinh 1.4 ! Dòng điện i tạo tra từ thông cho mạch từ, gọi là dòng điện từ hoá. Tích số wi gọi là sức từ động. 10
I. Tổng quan về HT năng lượng điện (6/6) 1.3. Các loại vật liệu dùng trong máy điện a. Vật liệu dẫn điện: Cu, Al, hợp kim b. Vật liệu dẫn từ: Vật liệu sắt từ : thép kỹ thuật điện, gang, thép đúc, thép rèn c. Vật liệu cách điện: ! Cườ ng độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm & bền cơ học ! Phần lớn ở thể rắn : 4 nhóm : " Chất hữu cơ thiên nhiên : giấy, lụa " Chất vô cơ : amiăng, mica, sợi thủy tinh " Các chất tổng hợp " Các loại men, sơn cách điện ! Cách điện thể khí (không khí), thể lỏng (dầu) ! Nhiệt độ tăng quá nhiệt độ làm việc cho phép 8 ~ 10°C => tuổi thọ giảm ½ (15-20) Cấp cách điện Y A E B F H C Nhiệt độ làm việc cho 90 105 120 130 155 180 > 180 phép 7 cấp cách điện của vật liệu cách điện 11
Chương 1. Máy biến áp Nội dung I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện II. Khái niệm chung về Máy biến áp III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp V. Máy biến áp ba pha 12
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (1/29) 2.1. Định nghĩa ! Máy biến áp (MBA) là thiết điện từ tĩnh, làm việc dựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở một điện áp khác nhưng giữ nguyên tần số ! Ký hiệu MBA trong hệ thống điện lực: Δ Y 13
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (2/29) 2.2. Vai trò của MBA ! MBA cã vai trß ®Æc biÖt quan träng trong mäi lÜnh cña nÒn kinh tÕ ! Lµ thiÕt bÞ ®Æc biÖt quan träng trong hÖ thèng truyÒn t¶i vµ ph©n phèi ®iÖn n¨ng, gióp gi¶m tæn hao trªn hÖ thèng truyÒn t¶i ®iÖn. 2.3. Công dụng của MBA ! Sử dụng để truyền tải và phân phối điện năng Đường dây truyền tải Hộ tiêu thụ 0,4 – 6kV MFĐ MBA 35, 110, 220, MBA 3 ÷ 21kV tăng áp 500 kV hạ áp Cùng công suất S, nếu ↑ Ud → Id ↓ dẫn đến: → trọng lượng, tiết diện chi phi làm dây dẫn giảm → ∆U = RdId ↓ 2 → ∆P = RdI d ↓ 14
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (3/29) 2.3. Công dụng của MBA (tiếp) ! MBA sử dụng trong các thiết bj chuyên dụng: " Trong lò nung: MBA lò " Trong hàn điện: MBA hàn " Trong thí nghiệm: MBA thí nghiệm " Trong đo lường: Máy biến điện áp, máy biến dòng điện 15
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (4/29) Hình ảnh MBA phân phối (kiểu trạm treo) 16
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (5/29) 17
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (6/29) Trạm 220KV – Quang ngãi Trạm 500KV – Đã Nẵng Trạm 110KV – Đã Nẵng 18
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (7/29)
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (8/29) 20
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (9/29) 21
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (10/29) 22
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (11/29) 23
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (12/29) 24
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (13/29) 2.4. Cấu tạo MBA MBA bao gồm các bộ phận chính: lõi thép, dây quấn và vỏ máy. Ngoài ra còn có vỏ máy, cách điện, sứ cách điện . 2.4.1.Lõi thép: Lõi thép được ghép bằng những lá kỹ thuật điện thành mạch từ khép kín dùng để dẫn từ thông chính, đồng thời làm khung để quấn dây. 1 G Thường độ dày của các là thép 0.35; 0.3; 0,27mm đến 0,35mm có T T T phủ sơn cách điện ở bề mặt để giảm tôn hao do từ trễ và dòng điện xoáy. G 2 3 Cấu tạo ruột MBA 3 pha kiểu trụ 1 - Cuộn dây hạ áp; 2 - Cuộn dây cao áp; 3 - Mạch từ 25
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (14/29) 2.4. Cấu tạo MBA (tiếp) 1 4 3 2 9 6 5 7 8 B¶n vÏ cÊu t¹o m¸y biÕn ¸p 1- Ruét m¸y, 2 -Vá m¸y, 3 - N¾p m¸y, 4 - Sø cao thÕ, 5 - Mãc treo n¾p, 6,7 - C¸nh táa nhiÖt, 8 - Ch©n ®Õ, 9 - Sø h¹ thÕ. 26
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (15/29) Cách ghép nối mạch từ của MBA 27
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (16/29) 28
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (17/29) 2.4. Cấu tạo MBA (tiếp) 2.4.2. Dây quấn: ! Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra ! Yêu cầu với dây quấn là cảm ứng được sđđ cho trước, cho phép dòng điện định mức đi qua lâu dài mà không nóng quá mức cho phép. 29
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (18/29) 2.4.2. Dây quấn (tiếp): Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA, người ta chia ra làm hai loại dây quấn chính: Dây quấn đồng tâm và đây quấn xen kẽ a. Dây quấn đồng tâm Dây quấn kiểu trụ: # Với tiết diện nhỏ dùng dây dẫn tròn, được quấn thành nhiều lớp (hình a) và thường làm dây quấn CA (điện áp tới 35kV) # Với tiết diện lớn dùng dây dẫn bẹt, thường được quấn thành hai lớp (hình b) và thường làm dây quấn HA (điện áp 6kV trở xuống) a) b) 30
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (19/29) a. Dây quấn đồng tâm (tiếp) Dây quấn hình xoắn ốc: " Gồm nhiều sợi dây chập lại và quấn theo hình xoắn ốc, giữa các vòng dây có các rãnh hở (hình c). Nó thường dùng dây quấn HA của các MBA có công suất trung bình và lớn Dây quấn hình xoắn ốc liên tục: " Dùng các dây bẹt quấn thành những bánh c) d) dây phẳng cách nhau bằng các rãnh hở (hình d). Dây quấn này chủ yếu làm cuộn CA ( điện áp 35kV trở lên và dung lượng lớn) 31
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (20/29) b. Dây quấn xen kẽ " Các bánh dây CA, HA lần lượt quấn xen kẽ nhau dọc theo trụ thép. Thường có một bánh HA được chia làm hai đặt sát gông. Kiểu này thường dùng trong các MBA mà cả hai dây quấn có nhiều đầu dây. 32
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (21/29) Hình cắt và cấu tạo ruột MBA 33
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (22/29) Lắp ráp dây quấn vào lõi thép Cuộn dây quấn CA, HA Cuộn dây quấn cao áp 34
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (23/29) 35
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (24/29) 36
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (25/29) 37
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (26/29) 38
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (27/29) 2.4.3. Vỏ máy Vỏ làm nhiệm vụ chứa dầu làm mát và bảo vệ MBA. Trên nắp vỏ máy có đặt sứ ra của dây quấn CA và HA, bình giãn dầu. Bình giãn dầu dảm bảo đủ thể tích co – giãn dầu khi nhiệt độ dầu thay đổi; ngoài ra, nhờ quan sát dầu ở bình giãn dầu có thể biết trong thùng luôn dầy dầu. Vỏ máy có yêu cầu sau: # Vỏ thùng phải kín và có diện tích tản nhiệt lớn nhất có thể # Có khẳ năng bảo vệ dầu MBA chong xuống cấp do sự tác động của nhiều yếu tố khác nhau # Có độ bền cơ khí cao để đảm bảo khi nâng hạ, vận chuyển vỏ MBA không bị biến dạng keo theo biến sạng chi tiết ruột máy # Cho phép lắp các thiết bị chuyển đổi điện áp, các thiết bị chuyển tiếp nguồn điện trong ra ngoài (sứ cao, hạ áp) các thiết bị đo (nhiệt độ), bảo vệ 39
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (28/29) 2.4.3. Vỏ máy (tiếp) 40
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (29/29) 2.4.3. Vỏ máy (tiếp) 41
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (23/27) 2.5. Nguyên lý làm việc của MBA Φ i 1 i2 u Tải u1 w1 w2 2 e2 e1 ! Khi nối cuộn dây sơ cấp w1 với điện áp xoay chiều hình sin u1, dòng điện i1 chạy trong dây quấn sơ cấp sẽ sinh ra trong lõi thép từ thông biến thiên Φ = Φm.sinωt (với ω = 2πf) ! Từ thông biến thiên làm cảm ứng ở dây quấn sơ cấp và thứ cấp các sđđ e1 và e2. Chiều của sđđ và từ thông chọn theo quy tắc vặn nút chai. Theo định luật cảm ứng điện từ: 42
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (24/27) 2.5. Nguyên lý làm việc của MBA (tiếp) dΦ e = −w = −w .ω.Φ .cosωt 1 1 dt 1 m π π = w .ω.Φ .sin(ωt − ) = 2.E .sin(ωt − ) 1 m 2 1 2 π e = 2.E .sin(ωt − ) 2 2 2 ! Trong đó: E1, E2 là giá trị hiệu dụng của các sđđ dây quấn w1 và w2: w .ω.Φ 2.π.f.w .Φ E = 1 m = 1 m = 4,44.f.w .Φ 1 2 2 1 m E2 = 4,44.f.w 2.Φm Ta dễ thấy: sđđ sơ cấp và sđđ thứ cấp có cùng tần số nhưng trị số hiệu dụng khác nhau 43
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (25/27) 2.6. Nguyên lý làm việc của MBA (tiếp) E1 w1 ! Lấy E1 chia cho E2 ta được: = = k : gọi là hệ số biến áp E2 w 2 ! Nếu bỏ qua điện áp rơi trên các dây quấn ta có: w E U U U k = 1 = 1 ≈ 1 → 1 = 2 w2 E2 U2 w1 w2 44
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (26/27) 2.7. Các thông số định mức của MBA a. Điện áp định mức Với máy 1 pha là điên áp pha, với máy 3 pha là điện áp dây ! Điện áp định mức sơ cấp : U1đm (V) hoặc kV ! Điện áp định mức thứ cấp: U2đm (V) hoặc kV b. Dòng điện định mức Là dòng điện đẵ quy định cho dây quấn MBA ứng với công suất và điện áp định mức ! Dòng điện định mức sơ cấp : I1đm (A) ! Dòng điện định mức thứ cấp: I2đm (A) 45
II. Khái niệm chung về Máy biến áp (27/27) 2.7. Các thông số định mức của MBA (tiếp) a. Công suất định mức ! Với MBA 1 pha: SUI==11dm dm U 2 dm I 2 dm ! Với MBA 3 pha: SUIUI==3311dm dm 2 dm 2 dm Ngoài các thông số ở trên, trên nhãn máy còn ghi: điện áp ngắn mạch Un%; tổ nối dây, tần số, chế độ làm việc, tiêu chuẩn sản xuất. vv 46
Chương 1. Máy biến áp Nội dung I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện II. Khái niệm chung về Máy biến áp III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp V. Máy biến áp ba pha 47
III. Quan hệ điện từ trong MBA (1/13) 3.1. Các phương trình cân bằng điện và từ của MBA a. Chiều dòng điện, điện áp Hình 3.1 vẽ SĐNL MBA một pha, dây quấn w1 nối với u1, dây quấn w2 nối với phụ tả i có tổng trở Z, chiều của dòng điện, điện áp, từ thống trong máy được xác định như trên hình vẽ Hinh 3.1 dòng điện và điện áp ! Từ thông Φt1 cảm ứng sđđ et1, chọn trùng chiều i1: di e = L 1 t1 t1 dt ! Từ thông Φt2 cảm ứng sđđ et2, chọn trùng chiều i2: di e = L 2 t2 t2 dt 48
III. Quan hệ điện từ trong MBA (2/13) 3.1. Các phương trình cân bằng điện và từ của MBA (tiếp) b. Phương trình cân bằng điện áp ! Xét mạch điện như hình 3.1, gồm nguồn điện u1,, u2, sđđ e1, et1, e2, et2, điện trở dây quấn R1, R2. Viết phương trình định luật Kiếchốp 2 cho mạch điện phía sơ cấp và thứ cấp, ta có: di u = e + R i + L 1 1 1 1 1 t1 dt di u = e R i L 2 2 2 2 2 t2 dt ! Phương trình cân bằng điện áp viết dưới dạng số phức sẽ là: U1 = - E1 + (R1+jωLt1)I1 = - E1 + (R1+jX1)I1 = - E1 + Z1I1 U2 = E2 - (R2+jωLt2)I2 = - E2 - (R2+jX2)I2 = E2 - Z2I2 R1, R2, Lt1, Lt2 – điện trở, điện kháng tản của dây quấn sơ cấp và thứ cấp Z1 = R1+jX1, Z2 = R2+jX2 – tổng trở phức của dây quấn sơ cấp và thứ cấp. 49
III. Quan hệ điện từ trong MBA (3/13) 3.1. Các phương trình cân bằng điện và từ của MBA (tiếp) c. Phương trình cân bằng từ động (stđ) ! Khi không tải dòng điện sơ cấp i1 = i0, từ thông chính Φ do stđ i0w1 sinh ra. ! Khi có tải, từ thông chính Φ do dòng điện i1 và i2 tạo nên, nói cách khác do stđ tổng sơ cấp và thứ cấp (i1w1 + i2w2) sinh ra. Nh ư vậy, nếu điện áp vào không đổi thì từ thông Φ không đổi. Ta suy ra stđ tổng không đổi ở mọi chế độ phụ tải. ! Ta có phương trình cấn bằng stđ w i i w = i w + i w hay i =i + i 2 = i + 2 = i + i, 0 1 1 1 2 2 0 1 2 w 1 k 1 2 1 Phương trình cân bằng stđ thực chất là phương trình cân bằng dòng điện ’ , i2 w1 i1 = i0 + (- i 2 ), với i = trong đó k là tỉ số biến áp ( k = ) 2 k w 2 50
III. Quan hệ điện từ trong MBA (4/13) c. Phương trình cân bằng từ động stđ (tiếp) Viết dưới dạng số phức: ! ! ! ! ! ! I0 = I1 + I′2 ↔I1 = I0 + (−I′2 ) $ Hệ phương trình của MBA ⎧ ! ! ! ! ! ! ⎪U1 = − E1+ I1 Z1 = − E1+ I1 r1 + jI1 X1 ⎪ ⎪ ! ! ! ! ! ! ⎨U2 = E2 − I2 Z2 = E2 + (− I2 r2 ) + (− jI2 X2 ) ⎪ ! ! !' ⎪I1 = I0 + (− I2 ) ⎩⎪ 51
III. Quan hệ điện từ trong MBA (5/13) 3.2. Quy đổi MBA ! Do MBA có 2 cuộn dây cách ly nhau và cách điện với mạch từ nên việc xét quá trình năng lượng sẽ gặp khó khăn. ! Để thuận lợi cho việc nghiên cứu, người ta nối hai dây quấn lại với nhau (giả tưởng). Muốn vậy ta phải quy đổi các thông số từ dây quấn nọ sang dây quấn kia. Các trị số quy đổi được ghi thêm dấu phẩy, e.g., U’2, I’2 a. Sức điện động (sđđ) và điện áp thứ cấp quy đổi: Muốn quy đổi thì hai cuộn dây phải cùng điện áp hay sđđ. E′2 = 4,44.f.w′2.Φm = 4,44.f.w1.Φm ⎫ w1 ⎬ → E′2 = E2 = k.E2 E2 = 4,44.f.w 2.Φm ⎭ w 2 b. Dòng điện thứ cấp quy đổi: Trên nguyên tắc công suất truyền tải không đổi, ta có: I2 E2.I2 = E′2.I′2 → I′2 = k 52
III. Quan hệ điện từ trong MBA (6/13) c. Điện trở và điện kháng thứ cấp quy đổi: Trên nguyên tắc tổn hao không đổi, ta có: 2 2 2 I2.r2 = I′2 .r2′ → r2′ = k .r2 2 2 Tương tự: x′2 = k .x2 →Z′2 = k .Z2 2 Z′t = k .Zt d. Hệ phương trình quy đổi: ⎧ ! ! ! ! ! ! ⎪U1 = − E1+ I1 Z1 = − E1+ I1 r1 + jI1 X1 ⎪ ⎪U! ' = E! ' − I!' Z = E! ' + (− I!' r ) + (− jI!' X ) ⎨ 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ⎪! ! !' ⎪I1 = I0 + (− I2 ) ⎪ ! ' ! ⎩E2 = E1 53
III. Quan hệ điện từ trong MBA (7/13) 3.3. Sơ đồ thay thế và đồ thị véc tơ của MBA a. Sơ đồ thay thế ! Suất phát từ các phương trình cơ bản của MBA, ta có thể biến đổi sơ đồ thay thế hình a và được biến đổi sang hình b Trong đó: UMN = - E 1 = - kE 2 = I 0(Rth + jXth) -R th , Xth là điện trở và điện kháng của nhánh từ hoá 54
III. Quan hệ điện từ trong MBA (8/13) a. Sơ đồ thay thế (tiếp) ! Thông thường tổng trở nhánh từ hóa (Rth, Xth) rất lớn, dòng điện từ hóa I0 rất nhỏ. Để đơn giản ta có thể bỏ qua nhánh từ hóa, ta có sơ đồ thay thế dạng đơn giản của MBA ’ ’ ! Trong đó: Rn = R1+R 2, Xn = X1+X 2 – điện trở, điện kháng ngắn mạch của MBA. ! Khi mang tải định mức, zt =zt.đm, dòng điện trong máy I1 = I1đm; I2 = I2đm. 55
III. Quan hệ điện từ trong MBA (9/13) b. Đồ thị véc tơ của MBA ! Tải của MBA thường có tính cảm (RL) hay tính dung (RC). Ta sẽ xem xét hai trường hợp của tải: Tải điện cảm Tải điện dung 56
III. Quan hệ điện từ trong MBA (10/13) 3.4. Thí nghiệm xác định thông số của MBA a. Thí nghiệm không tải 1 x r1 r'2 x'2 A W I1 = I0 I0 I2 = 0 rm V1 V2 U1 -E1 xm Từ các số liệu thí nghiệm ta xác đượ c tổng trở, điện trở, điện kháng của MBA: w1 U1đm ! Tỷ số MBA k: k = = w 2 U20 ! Dòng điện không tải %: 57
III. Quan hệ điện từ trong MBA (11/13) a. Thí nghiệm không tải (tiếp) ! Tổn hao không tải và điện trở không tải: 2 2 P0 P0 = I0.(r1 + rm ) = I0.r0 → r0 = 2 = r1 + rm I0 ! Tổng trở không tải và điện khác không tải: U1đm 2 2 Z0 = x0 = Z0 − r0 = x1 + xm I0 ! Hệ số công suất không tải: Po cosϕ0 = U1dm .Io 58
III. Quan hệ điện từ trong MBA (12/13) b. Thí nghiệm ngắn mạch 1 x r1 r'2 x'2 A1 W Boä ñieàu In = I1ñm = I'2ñm U1 chænh Un V A2 Un ñieän aùp Từ các số liệu ngắn mạch In, Un, Pn đo được ta xác định được các tham số ngắn mạch của MBA: Un 2 2 Pn 2 2 Zn = Pn = In .(r1 + r2′) = In .rn → rn = 2 xn = Zn − rn In In ⎧ x x ≈ x′ = n ⎪ 1 2 2 Trong MBA có ⎨ r ⎪r ≈ r′ = n ⎩⎪ 1 2 2 59
IV. Quan hệ điện từ trong MBA (13/13) b. Thí nghiệm ngắn mạch (tiếp) ! Điện áp ngắn mạch phần trăm ZnI1dm Un%= 100% U1dm ⇥ ! Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm rnI1dm Unr Unr%= 100% = 100% U1dm ⇥ U1dm ⇥ ! Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm xnI1dm Unx Unx%= 100% = 100% U1dm ⇥ U1dm ⇥ ! Hệ số công suất ngắn mạch P r cos' = n = n I1dmU1dm Zn 60
Chương 1. Máy biến áp Nội dung I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện II. Khái niệm chung về Máy biến áp III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp V. Máy biến áp ba pha 61
IV. Các chế độ làm việc của MBA (1/7) 4.1. Chế độ làm việc với tải đối xứng 4.1.1. Giản đồ năng lượng của MBA Φ P2 + jQ2 Pđt + jQđt cosϕt (cosϕ2) P1 + jQ1 cosϕ1 pCu2 + jq2 pFe + jqth pCu1 + jq1 ! Khi tải có tính cảm ϕ2 > 0 → Q2 > 0, lúc đó Q1 > 0 → công suất phản kháng truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp. ! Khi tải có tính dung ϕ2 0: MBA lấy công suất phản kháng từ phía sơ cấp và thứ cấp để từ hoá nó. 62
IV. Các chế độ làm việc của MBA (2/7) 4.1.2. Độ thay đổi điện áp của MBA và cách điều chỉnh a. Độ thay đổi điện áp ! Khi MBA làm việc, điện áp thứ cấp U2 thay đổi theo trị số và tính chất điện cảm hay điện dung của dòng tải ! Hiệu số học của điện áp thứ cấp lúc không tải U20 và lúc có tải U2 khi U1 không đổi gọi là độ thay đổi điện áp ∆U của MBA ∆U = U20 – U2 U − U ΔU% = 20 2 *100 U20 63
IV. Các chế độ làm việc của MBA (3/7) a. Độ thay đổi điện áp (tiếp) ΔU% ΔU% 4 4 Cos ϕ =0.7 3 2 3 2 ϕ>0 ϕ 2 2 Cos 2 = 1 1 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 β -1 -1 ϕ 0 2 2 2 -2 ϕ -2 Cos 2 =0.7 3 4 Δ U = f( β ) khi cos ϕ =const U = f( cos ϕ ) khi β =const 2 2 Ta thấy ΔU=f(β,cosϕ2) như vậy U2 phụ thuộc vào β và cosϕ2, để giữ cho U2 = const khi tải thay đổi →? 64
IV. Các chế độ làm việc của MBA (4/7) b. Cách điều chỉnh điện áp ! Trên cuộn dây MBA có các cuộn điều chỉnh điện áp. MBA thông thường thiết kế đầu điểu chỉnh ở các cấp ±2,5% ±5% ! Điều chỉnh của MBA thường đặt ở phía CA. Mục đích của việc điểu chỉnh là để thay đổi tỉ số máy biến áp để ổn định điện áp đẩu ra. Thông thường người ta điều chỉnh khi cắt điện khỏi MBA ! Trong các hệ thống điện lực công suất lớn, có khi cần phải điều chỉnh điện áp khi máy đang làm việc để phân phối lại công suất tác dụng và công suất phản kháng giữa các phân đoạn của hệ thống. Các MBA này thường lắp các bộ điểu chỉnh điện áp dưới tải 65
IV. Các chế độ làm việc của MBA (5/7) 4.1.3. Tổn hao và hiệu suất của MBA a. Tổn hao bao gồm ! Tổn trên lõi thép do từ trễ và dòng xoáy gọi là pFe ⎡⎤22ff ppBFe=+1/50 T() GBG T G () G ⎣⎦⎢⎥50 50 - p1/50 SuÊt tæn hao s¾t tõ ë tÇn sè 50Hz vµ tõ c¶m B = 1Tesla - BT, BG, GT, GG – MËt ®é tõ c¶m vµ khèi lîng trô vµ g«ng ! Tổn hao trên dây quấn sơ cấp gọi là pcu1 ! Tổn hao trên dây quấn thứ cấp gọi là pcu2 ∑ p = pcu1 + pcu 2 + pFe - Gọi là tổng tổn hao 66
IV. Các chế độ làm việc của MBA (6/7) b. Hiệu suất của MBA P Pp− η%==2 *1001 ∑ *100 PP11 pPFe ≈ 0 - Gọi là tổn hao không tải ppPCu12+= Cu n - Gọi là tổn hao ngắn mạch I 22 2 - Hệ số tải của MBA prIpCu== n2 ββ n = I2dm P M¸y biÕn ¸p ®¹t hiÖu suÊt cao nhÊt ứng với hệ số tải: = 0 P r n 67
IV. Các chế độ làm việc của MBA (7/7) 4.2. Chế độ làm việc với tải đối xứng ! Nguyên tắc: Dùng phương pháp phân lượng đối xứng để xét, cụ thể: ! Thành phần thứ tự thuận ! Thành phần thứ tự nghịch ! Thành phần thứ tự không ! Xét từng trường hợp và xếp chồng nghiệm Lưu ý: Phần này sẽ được trình bày kỹ trong môn học “Máy điện nâng cao” 68
Chương 1. Máy biến áp Nội dung I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện II. Khái niệm chung về Máy biến áp III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp V. Máy biến áp ba pha 69
V. Máy biến áp ba pha (1/16) 5.1. Khái niệm ! Để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện ba pha, ta có thể dùng ba MBA một pha (hình a) hoặc dùng một MBA ba pha ba trụ (hình c). Hình 5.1: a) Ba MBA một pha; b) Ghép ba MBA một pha; c) MBA ba pha ba trụ ! Hình 5.1b mô tả có thể biến đổi ba MBA một pha thành MBA ba pha ba trụ: khi ghép ba MBA một pha thành một MBA ba pha bốn trụ, từ thông chạy qua trụ chung (MN) Φ = ΦA + ΦB + ΦC, khi máy đối xứng Φ = 0, có thể bỏ trụ chung (MN). Ba trụ còn lại thường được bố trí cùng trên mặt phẳng như hình 5.1c. 70
V. Máy biến áp ba pha (2/16) 5.1. Khái niệm (tiếp) ! Hình 5.2 là hình ảnh thực tế một lõi thép và một MBA khô 150kVA – 6/0,4kV – Δ/Y0 dùng trong lưới điện phân phối Hình 5.2: a) Lõi máy biến áp ba pha: b) Máy biến áp khô ba pha 71
V. Máy biến áp ba pha (3/16) 5.2. Tổ nối dây của MBA a. Ký hiệu đâu dây §Çu ®Çu §Çu cuèi Trung tÝnh Cuén cao ¸p : A B C X Y Z N O Cuén trung ¸p: Am Bm Cm Xm Ym Zm Nm Om Cuén h¹ ¸p : a b c x y z n o b. Các kiểu đấu dây ! Dây quấn sơ cấp và thứ cấp MBA ba pha có thể nối sao (Y) hoặc tam giác (Δ hoặc D), người ta dùng chữ in hoa hoặc chữ thường để phân biệt sơ và thứ cấp. Có 4 trường hợp: " Dây quấn sơ cấp và thứ cấp đều nối sao, ký hiệu Y/Y, Yy " Dây quấn sơ cấp và thứ cấp đều nối tam giác, ký hiệu Δ/Δ, Dd " Dâyquấn sơ cấp nối sao và thứ cấp nối tam giác, ký hiệu Y/Δ, Yd " Dây quấn sơ cấp nối tam giác và thứ cấp nối sao, ký hiệu Δ/Y, Dy 72
V. Máy biến áp ba pha (4/16) b. Các kiểu đấu dây Sơ đồ nối dây và đồ thị véc tơ tương ứng để xác định góc lệch pha giữa điện áp dây thứ cấp và điện áp dây sơ cấp của bốn tổ nối dây: 73
V. Máy biến áp ba pha (5/16) c. Tổ nối dây Sđđ dq SC kim phút (12) A A SC X a Sđđ dq TC a 3600 kim giờ TC (1 12) x x X Φ MBA 1 pha I/I - 12 74
V. Máy biến áp ba pha (6/16) c. Tổ nối dây (tiếp) A A A X X a x x X 1800 x a a Φ Φ I/I - 6
V. Máy biến áp ba pha (7/16) d. Cách xác đinh tổ nối dây A B C A B C B B E C A B Z E Z C Y A B Y X E X E A B A B A A X Y Z E a b X Y Z E a b a b c n a b c b z c b z c x E a y O b x 360 330 O a y a x y z x y z Y 12 y O Y Δ 11
V. Máy biến áp ba pha (8/16) 5.3. MBA làm việc song song ! §Ó ®¶m b¶o c¸c ®iÒu kiÖn kinh tÕ kü thuËt, ngêi ta thêng cho 2 hoÆc nhiÒu MBA vËn hµnh song song ! §iÒu kiÖn ®Ó c¸c MBA lµm viÖc song song: + Cïng tæ nèi d©y + Cïng cÊp ®iÖn ¸p vµ hÖ sè biÕn ®æi + Cïng ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch ! HÖ sè t¶i cña c¸c MBA lµm viÖc song song tû lÖ nghÞch víi ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch cña chóng 111 1 βββ123::: βn = : : : uuunn123 n u nn 77
V. Máy biến áp ba pha (9/16) 5.3. MBA làm việc song song ! Cã thÓ tÝnh hÖ sè t¶i β theo c«ng thøc sau: S SSS βββ==1 = = 123S SSS dm1 uuudmi dmi dmi nnn123∑∑∑ uuuni%%% ni ni S - Tæng c«ng suÊt cña t¶i; S®mi - Dung lîng m¸y biÕn ¸p thø i uni% - §iÖn ¸p ng¾n m¹ch % cña m¸y thø i 78
V. Máy biến áp ba pha (10/16) 5.4. Mét sè vÊn ®Ò cÇn lu ý khi sö dông vËn hµnh MBA ! Kh«ng ®Ó MBA lµm viÖc kh«ng t¶i hoÆc qu¸ non t¶i ! MBA nªn ®Æt gÇn hoÆc trung t©m phô t¶i ®Ó gi¶m tæn thÊt ®êng d©y. ! CÇn theo dâi hiÖu suÊt cña MBA ®Ó cã biÖn ph¸p kÞp thêi vÒ b¶o dìng, vËn hµnh n©ng cao hiÖu suÊt sö dông m¸y. ! §Þnh kú kiÓm tra møc dÇu trong m¸y, tr¸nh hiÖn tîng dÇu c¹n g©y nãng m¸y t¨ng tæn hao vµ ch¸y næ ! Khi chän c¸c MBA lµm viÖc song song ph¶i ®¶m b¶o c¸c ®iÒu kiÖn ®· nªu. Un gi÷a c¸c m¸y kh«ng nªn chªnh lÖch qu¸ 10% 79
V. Máy biến áp ba pha (11/16) Bài toán 1: Một nhà máy chế biến thực phẩm lắp đặt 1 trạm biến áp có các thông số như sau: S = 1250kVA, U = 22/0,4kV, f = 50Hz , Y/∆-11 Po = 1720W, Pn = 12910W, Io% = 1,2% , Un% =5,5% Khi máy vận hành thường xuyên đo được dòng điện tải từ 700A – 800A. Một số ý kiến cho rằng máy đang vận hành non tải và để tiết kiệm năng lượng cần thay thế bằng một máy khác có công suất thấp hơn như sau S = 630kVA , U = 22/0,4kV, f = 50Hz , Y/∆-11 Po = 1150W, Pn = 6040W, io% = 1,4 , Un = 5% Trên quan điểm là sinh viên, anh chị hãy cho biết việc thay thế như trên có tiết kiệm được năng lượng không? Hãy tính dòng điện tải để MBA đạt hiệu suất cao nhất. 80
V. Máy biến áp ba pha (12/16) Lời giải: Với máy 1250kVA, ta có: + Dòng điện thứ cấp định mức S 1250000 IA2dm == =1804 3.U2 3.400 + Hệ số tải của MBA I 700÷ 800 β ==2 =0,388 ÷ 0, 443 I2dm 1804 + Tổn hao đổng của MBA ở tải thực tế 22 2 ppCu==β n 0,388 .12910 ÷ 0,443 .12910 = 1943,5 ÷ 2533,5 + Tổng tổn hao của máy 1250kVA ở tải thực tế ppΣ =+=+=Fe p Cu Pp0 Cu 1720 + (1943,5 ÷ 2533,5) $ pΣ =÷3663,5 4253,5 81
V. Máy biến áp ba pha (13/16) Với máy 630kVA, ta có: + Dòng điện thứ cấp định mức S 630000 IA2dm == =909 3.U2 3.400 + Hệ số tải của MBA I 700÷ 800 β ==2 =÷0,77 0,88 I2dm 909 + Tổn hao đổng của MBA ở tải thực tế 22 2 ppCu==β n 0,77 .6040 ÷ 0,88 .6040 =÷ 3581 4677 + Tổng tổn hao của máy 630kVA ở tải thực tế ppΣ =+=+=Fe p Cu Pp0 Cu 1150 + (3581 ÷ 4677) $ pΣ =÷4731 5827 82
V. Máy biến áp ba pha (14/16) Kết luận: ! Với kết quả tính toán ở trên, nếu thay máy 1250kVA hiện tại bằng máy 630kVA sẽ không kinh tế về mặt tiết kiệm điện năng ! Máy biến áp 1250kVA sẽ đạt hiệu suất cao nhất khi tổn hao sắt bằng tổn hao đồng, nghĩa là: P 1150 P = 2P = 0 = =0, 436 0 n P 6040 ) r n r ! Suy ra dòng điện tải là: I = I =0, 436 1804 = 786, 5 A 2 2dm · 83
V. Máy biến áp ba pha (15/16) Bài toán 2: Cho 3 MBA có các thông số trong bảng sau U1/ Tổ nối Thông số S (kVA) U2(kV) f (Hz) dây Un Máy 1 400 22/0,4 50 Y/Y-6 5% Máy 2 630 22/0,4 50 Y/Y-6 5.5% Máy 3 1000 22/0,4 50 Y/Y-6 6% Cho 3 MBA trên làm việc song song cung cấp cho tải có công suấ t 1900kVA. Tính dung lượng và dòng điện của mỗi máy cung cấp cho tải Lời giải: S 400 630 1000 + ta có ∑ dmi =++ =316,2 uni %55,56 S 1900 ββ===1,05⇒S== S 420 kVA 1111S dm u %. dmi 5.361,2 n1 ∑ uni 84
V. Máy biến áp ba pha (16/16) Lời giải (tiếp): 1900 ββ==0,956⇒SS== 602, 2 kVA 22225,5.361,2 dm 1900 ββ==0,876⇒SS== 876 kVA 32226.361,2 dm ! Dòng điện mỗi máy: 3 S1dm 400.10 IAIIA1111dm== =577,3⇒==β dm 1,05.577,3 = 606 3U1dm 3400 3 S2dm 630.10 IAIIA2221dm== =909,3⇒==β dm 0,956.909,3 = 869,3 3U1dm 3400 3 S3dm 1000.10 IAIIA3333dm== =1443⇒==β dm 0,876.1443 = 1264 3U1dm 3400 85
V. Máy biến áp ba pha (16/16) Bài toán 3 (về nhà nghiên cứu): Một xí nghiệp dùng 1 trạm 2 MBA có cùng tổ nối dây, cùng tần số 50Hz và có các thông số khác nhau như sau: Thông số S (kVA) U1/U2(kV) P0(W) Pn(W) Un Máy 1 500 22/0,4 950 7000 5% Máy 2 800 22/0,4 1300 10500 5.5% Hai MBA đặt cùng vị trí và cung cấp điện cho 2 phân xưởng chế biến độc lập với nhau. Khi kiểm toán năng lượng đo được dòng điện tải máy 1 là 420A và máy 2 là 600A, điện áp 400V. Có 3 ý kiến như sau: + Bỏ máy 1, dồn tải sang máy 2 + Cho hai máy 1 và 2 vận hành song song + Cứ để nguyên hiện trạng Theo quan điểm của anh chị, phương án nào là tối ưu về mặt năng lượng. Và hãy tính xem hay máy đạt hiệu suất cao nhất ở dòng tải là bao nhiêu 86
Giảng viên: Tiến sĩ Đặng Quốc Vương Email: vuong.dangquoc@hust.edu.vn Phone: +84-963286734 Bộ Môn Thiết Bị Điện – Điện Tử Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nộ i 11
MÁY ĐIỆN I Nội dung Chương 1. Máy biến áp Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay Chương 3. Máy điện không đồng bộ Chương 4. Máy điện đồng bộ Chương 5. Máy điện một chiều 2
Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay Nội dung I. Nguyên lý biến đổi điện cơ II. Dây quấn máy điện xoay chiều III. Sức điện động của dây quấn MĐ xoay chiều IV. Sức từ động của dây quấn MĐ xoay chiều 3
I. Nguyên lý biến đổi điện cơ 1. Đại Cương 1.1 Kết cấu: Máy điện quay gồm 2 phần chính mạch từ và dây quấn, ở đó diễn ra sự biến đổi điện cơ: ! Mạch từ là 2 khối đồng trục cách nhau một khe hở đảm bảo có thể chuyển động tương đối với nhau. - Khối đứng yên gọi là phần tĩnh hay stato - Khối quay gọi là phần quay hay rotor ! Cả hai đều có mạch từ và mạch điện (tức là lõi thép và dây quấn) 1.2. Nguyên lý làm việc: Dựa vào 2 định luật chính là: " Định luật cảm ứng điện từ " Định luật về lực điện từ 4
I. Nguyên lý biến đổi điện cơ 1. Đại Cương (tiếp) 1.3. Phân loại: ! Tùy theo cách tạo ra từ trường, kết cấu mạch từ và dây quấn ngườ i ta chia máy điện quay làm 4 loại: ! Máy điện không đồng bộ ! Máy điện đồng bộ ! Máy điện một chiều ! Máy điện xoay chiều có vành góp 5
I. Nguyên lý biến đổi điện cơ 1. Đai Cương (tiếp) 1.4. Nguyên lý làm việc của MĐKĐB ! Tạo ra một từ trường quay trong lõi thép Stato với tốc độ : 60.f f – tần số n1 = p p – số đôi cực ! Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch của Roto và cảm ứng trên đó các sđđ và dòng điện. ! Từ trường do dòng điện roto tạo ra kết hợp với từ trường Stato tạo thành từ trường khe hở. ! Dòng điện roto tác dụng với từ trường khe hở tạo ra mô men quay, kéo rô to quay với tốc độ n ≠ n1 6
I. Nguyên lý biến đổi điện cơ 1.4. Nguyên lý làm việc của MĐKĐB (tiếp) ! Trong phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau ! Sự sai khác giữa hai tốc độ được biểu thị bằng hệ số trượt s n − n s = 1 n1 ! Chế độ làm việc của MĐKĐB phụ thuộc vào quan hệ giữa tốc độ n và n1 - 0 1 : Chế độ hãm 7
I. Nguyên lý biến đổi điện cơ 1. Tổng quan về máy điện quay (tiếp) 1.5 Nguyên lý máy điện đồng bộ ! Rotor với các cực từ có từ trường Ft quay với tốc độ n1 cảm ứng lên dây quấn 3 pha ở stato các sức điện động xoay chiều eA eB eC vớ i tần số f = p.n1/60. ! Các dòng điện iA iB iC trong day quấn stator sinh ra từ trường quay Fư có tốc độ n1 = 60f/p ! Do n = n1 nên gọi là máy điện đồng bộ
I. Nguyên lý biến đổi điện cơ 1.6 Nguyên lý máy điện một chiều Thực chất là máy điện đồng bộ mà trong đó các sđđ xoay chiều được chỉnh lưu thành một chiều nhờ vành góp. 1.7 Nguyên lý máy điện xoay chiều có vành góp Thực chất là máy điện không đồng bộ. Vành góp được sử dụng để đưa vào các sđđ nhằm cải thiện hệ số công suất và điều chỉnh tốc độ quay.
I. Nguyên lý biến đổi điện cơ 2. Tổng quan về biến đổi điện cơ ! Năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi, nó ch ỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác ! Một máy điện quay thực hiện nhiệm vụ biến đổi năng lượng từ điện sang cơ hay ngược lại – tương ứng với động cơ hay máy phát điện tæn hao ®iÖn tæn hao ®iÖn trõ¬ng tæn hao c¬ hÖ thèng trõ¬ng ®iÖn hÖ thèng ®iÖn tõ liªn hÖ c¬ ®éng c¬ dßng ch¶y n¨ng luîng m¸y ph¸t ! ! ! ! ! ! ! Thể hiện trên 2 định luật cơ bản e = B.v.l Và f = B.i.l
II. Dây quấn máy điện xoay chiều 1. Khái niệm chung ! D©y quÊn lµ phÇn m¹ch ®iÖn, lµ phÇn kh«ng thÓ t¸ch rêi cña c¸c m¸y ®iÖn nãi chung vµ m¸y ®iÖn quay nãi riªng ! Trong m¸y ®iÖn quay, d©y quÊn lµ mét bé phËn kÕt cÊu mµ ë ®ã thùc hiÖn viÖc biÕn ®æi năng lîng ®iÖn c¬ ! D©y quÊn ®îc bè trÝ ®Æt trªn c¶ phÇn ®éng (r«to) vµ phÇn tÜnh (stato) ! Tïy thuéc vµo nhiÖm vô cña tõng cuén d©y mµ ngêi ta gäi mét d©y quÊn lµ :d©y quÊn phÇn c¶m - cßn d©y quÊn cßn l¹i gäi lµ: d©y quÊn phÇn øng ! Trong đa số các loại MĐ quay, dây quấn phần cảm có nhiệm vụ tạo ra từ trường ở khe hở không khí lúc không tải. Trong những trường hợp đó, dây quấn phần cảm còn gọi là “dây quấn kích từ”. Dòng điện một chiều chạy trong cuộn dây quấn quanh các cực làm nó bị từ hoá tạo nên các cực tự phân bố xen kẽ
II. Dây quấn máy điện xoay chiều 1. Khái niệm chung (tiếp) ! Tuy nhiên cũng có những trường hợp do kết cấu mà chúng tạo ra từ trường có cực tính không đổi ! Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sđđ theo yêu cầu khi có từ trường phần cảm chuyển động tương đối với nó. Sđđ cảm ứng trên dây quấn là xoay chiều hay một chiều tuy thuộc vào từ trường phẩn cảm là loại có cực tính thay đổi hay cực tính không đổi. Yêu cầu đối với dây quấn: ! Đảm bảo sđđ và dòng điện tương ứng với công suất điện từ của máy ! Chịu được dòng điện tương ứng với công suất của máy mà không bị phát nhiệt quá mức cho phép ! Chế tạo, lắp đặt được thuận lợi, đảm bảo được độ bền cơ khi máy hoạt động và tiết kiểm nguyên vật liệu ! Vật liệu để chế tạo dây quấn MĐ quay thường là đồng đỏ hoặc nhôm, tuy nhiên đồng đỏ được sử dụng phổ biến hơn cả
II. Dây quấn máy điện xoay chiều 2. Dây quấn b. Dây quấn phần ứng Phần đầu n ối Phần đầu n ối p p g g é é b n W=1 n h h t W=2b t ụ ụ i i d d õ õ l l c c i y i y á á à à t t d d n n u Bước dây quấn u Bước dây quấn ề ầ ề ầ i i h h h h P P C C Phần đầu n ối Phần đầu n ối
II. Dây quấn máy điện xoay chiều 2. Dây quấn b. Dây quấn phần ứng (tiếp)
II. Dây quấn máy điện xoay chiều 2. Dây quấn b. Dây quấn phần ứng (tiếp) Dây quấn và lõi thép
II. Dây quấn máy điện xoay chiều 2. Dây quấn b. Bước dây quấn và bước cực ! Nếu phần ứng có Z rãnh và máy có số đôi cực là p thi góc độ điện giữa 2 rãnh liên tiếp được tính theo công thức: p.360o α= z z ! Dây quấn bước đủ: y = τ = 2p ! Góc lệch pha giữa sđđ của 2 cạnh tác dụng của một bối dây p.360o z ζ=x = 180o z2p ! Nếu sđđ cảm ứng trên mỗi cạnh tác dụng được biểu diễn là một véc tơ thì sđđ của bối dây là tổng của 2 véc tơ như hình vẽ ζ ζ Eb b a b a Eb
II. Dây quấn máy điện xoay chiều 2. Dây quấn c. Số pha và số rãnh (tiếp) ! Đối với MĐ xoay chiều, nếu dây quấn có số pha là “m” thi mỗi pha chiếm số rãnh là: Z/m ! Với dây quấn một lớp, số bối dây của một pha tương ứng sẽ là Z/2m bối ! Tương tự với dây quấn 2 lớp, do mỗi bối dây có 2 cạnh tác dụng và mỗi cạnh tác dụng chỉ chiếm 1/2 rãnh, nên số bối dây chính bằng số rãnh của một pha tức bằng z/m bối
II. Dây quấn máy điện xoay chiều 2. Dây quấn (tiếp) d. Xây dựng sơ đồ dây quấn Sơ đồ xây quấn MĐ xoay chiếu với q là số nguyên XÐt m¸y ®iÖn xoay chiÒu 2 cùc víi sè pha m =3 vµ sè r·nh lµ z = 6. DÔ thÊy rµng mçi pha sÏ chiÕm 2 r·nh vµ sè bèi d©y cña mçi pha lµ z Z 6 = 1 bối Bước cực τ = = = 3 2m 2p 2.1 D©y quÊn bíc ®ñ nªn y = τ = 3 hay y = 1 – 4. ĐiÒu nµy cã nghÜa lµ mét c¹nh cña bèi d©y ®Æt ë r·nh 1 thì c¹nh cßn l¹i sÏ ®Æt ë r·nh 4.
II. Dây quấn máy điện xoay chiều d. Xây dựng sơ đồ dây quấn (tiếp) Z =6, 2p = 2, m = 3 , a = 1 1 2 3 4 5 6 A Z B X C Y S¬ ®å trßn S¬ ®å tr¶i
II. Dây quấn máy điện xoay chiều Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1 A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Z A B C X Y S¬ ®å tr¶i d©y quÊn ®ång khu«n ®¬n gi¶n
II. Dây quấn máy điện xoay chiều Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1 A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Y A Z B X C S¬ ®å tr¶i d©y quÊn ®ång khu«n ph©n t¸n
II. Dây quấn máy điện xoay chiều Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1 A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y A Z B C X Y S¬ ®å tr¶i d©y quÊn ®ång t©m 2 mÆt ph¼ng
II. Dây quấn máy điện xoay chiều Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1 A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A B Z C X Y S¬ ®å tr¶i d©y quÊn sãng
II. Dây quấn máy điện xoay chiều Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1 A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A Z B C X Y S¬ ®å tr¶i d©y quÊn 2 líp bíc ng¾n
II. Dây quấn máy điện xoay chiều Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 2 A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y A A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A Z B X C Y S¬ ®å tr¶i d©y quÊn 2 líp bíc ng¾n
II. Dây quấn máy điện xoay chiều Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A X S¬ ®å tr¶i d©y quÊn 2 líp bíc ng¾n ChØ vÏ pha A
II. Dây quấn máy điện xoay chiều Z =24, 2p = 4, m = 2 , a = 1 Dây quấn 2 pha A B X Y
II. Dây quấn máy điện xoay chiều Sơ đồ xây quấn MĐ xoay chiếu với q là phân số Z =30, 2p = 4, m = 3 , a = 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 A X
II. Dây quấn máy điện xoay chiều Dây quấn rotor lồng sóc ! Thêng sö dông cho r«to ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, d©y quÊn c¶n hoÆc d©y quÊn më m¸y cña m¸y ®iÖn ®ång bé. ! D©y quÊn lång sãc ®îc t¹o thµnh tõ c¸c thanh dÉn ®îc ®Æt vµo r·nh. ! VËt liÖu chÕ t¹o thêng b»ng nh«m ®óc hoÆc b»ng ®ång. ! Hai ®Çu cña c¸c thanh dÉn ®îc nèi víi 2 vßng ng¾n m¹ch.
II. Dây quấn máy điện xoay chiều Dây quấn rotor lồng sóc ĐÓ tăng m«men vµ h¹n chÕ dßng ®iÖn më m¸y, ngêi ta thêng lµm r·nh s©u, r·nh cã hình d¸ng phøc t¹p, lång sãc kÐp hoÆc 2 lång sãc ®Ó phï hîp víi viÖc øng dông hiÖu øng mÆt ngoµi lµm tăng ®iÖn trë r«to trong qu¸ trình khëi ®éng R·nh s©u Lång sãc kÐp R·nh ®Æc biÖt
II. Dây quấn máy điện xoay chiều Dây quấn rotor lồng sóc (tiếp) Đèi víi d©y quÊn kiÓu nµy, mçi thanh dÉn sÏ lµ mét pha vµ 1 sè vßng d©y cña mçi pha wf = 2 D©y quÊn lång sãc lµ quÊn tËp trung vµ coi nh bíc ®ñ. ĐÓ tăng cêng m«men më m¸y vµ h¹n chÕ dao ®éng m«men, ngêi chÕ t¹o thªm mét hoÆc mét sè vßng ng¾n m¹ch n»m ë giữa r«to
III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều 1. S®® c¶m øng khi d©y quÊn phÇn øng chuyÓn ®éng t¬ng ®èi víi tõ trêng phÇn c¶m a. Tõ trêng phÇn c¶m cã cùc tÝnh xen kÏ` - Tõ trêng lµ tæng hîp cña c¸c sãng cã tÇn sè c¬ b¶n (bËc 1) vµ c¸c sãng bËc cao - ChØ xÐt víi tõ c¶m bËc 1 (từ trường cơ bản) Ph©n bè tõ c¶m cña m¸y ®iÖn ®ång bé cùc låi
III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều ! Sđđ của dây quấn do từ trường cơ bản (bậc 1) π E = B .v.l = B .v.l sin x td x m τ x 2τ Trong đó : v = = = 2τf t T Với tốc độ góc ω = 2πf và từ thông tương ứng với mộ t bước cực bằng: 2 Φ= B τ l π m nên : etd = π f Φsinωt Và trị hiệu dụng bằng π E = f Φ= 2,22 f Φ td 2
III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều ! Sđđ của một bối dây gồm 2 thanh dẫn y π E = E' − E'' = 2E sin Vòng td td td τ 2 y π π = 4,44 f Φk ;k = sin = sinβ n n τ 2 2 ! Nếu hai thanh dẫn có đặt một bối dây gồm có ws vòng dây thì sđđ của bối dây đó bằng: Es = 4,44 fwsΦkn
III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều ! Trường hợp với một nhóm bối dây quấn rải Giả sử ta có q bối dây nối tiếp và được đặt rải trong các rãnh liên tiếp nhau như trên hình vẽ, sđđ của q bối dây là: Eq = 4,44 fqwsΦkn.kr Eq = 4,44 fqwsΦkdq Trong đó kdq = kn.kr α tông hình hoc các sđđ sinq và k = = 2 r α tông sô hoc các sđđ qsin 2 kr gọi là Hệ số quấn rải
III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều ! Sđđ của dây quấn một pha E f = 4,44 fwΦkdq Nếu xét cả sđđ do từ trường bậc cao sinh ra thì: 2 2 2 2 E = E1 + E3 + E5 + Eν + Trong đó Eν = 4,44 fν wΦν kdqν 2 2 Φ = B lτ = B lτ ν π m ν νπ m qα sin π ν k = sinνβ ; k = 2 nν 2 rν α qsinν 2
III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều a. Tõ trêng phÇn c¶m cã cùc tÝnh xen kÏ (tiÕp) ! Ảnh hưởng của sóng bậc cao sẽ làm cho sđđ không sin, ảnh hưởng đến hiệu suất và các đặc tính của máy. ! Trong thực tế, người ta tìm mọi cách để cải thiện dạng sóng sức điện động, nghĩa là làm cho sóng sức điện động gần sin nhất. ! Các giải pháp cải thiện dạng sóng sức điện động Từ công thức : E = 4,44 fwΦk f dq Nhận thấy: Để cải thiện dạng sóng sđđ cần tác động vào 2 yếu tố: - Thứ nhất: Cải thiện từ trường phần cảm - Thứ hai: Thay đổi hệ số dây quấn với sóng bậc cao
III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều ! Các giải pháp cải thiện dạng sóng sức điện động (tiếp) " Để cải thiện từ trường phần cảm cần tác động trực tiếp đến kết cấu máy ( cực từ, khe hở ) " Để thay đổi hệ số dây quấn cần áp dụng các giải pháp như quấn bước ngắn và quấn rải (tăng q): Ví dụ với sóng bậc 5: E = 4,44 f wΦ k 5 5 5 dq5 π k = sin 5β ; n5 2 Nếu chọn β = 8/10 thì: 8 π k = sin 5 = sin 2π = 0 n5 10 2 ==> E5 = 0
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều 1. Khái niệm chung ! Dòng điện chạy trong dây quấn tạo ra sức từ động và sinh ra từ trường bao quanh dây quấn. ! Từ trường gồm: + Từ trường khe hở + Từ trường ở rãnh + Từ trường ở phần đầu nối Chương này chỉ xét Từ trường khe hở.
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Giả thiết: " Khe hở không khí đều " Từ trở của lõi thép không đáng kể Sự phân bố từ trường khe hở cũng là sự phân bố của sức từ động (stđ) dây quấn Stđ phụ thuộc kiểu dây quấn (quấn tập trung ( q=1) hay quấn rải ( q>1)) và vào dòng điện.
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều ! Dòng điện một chiều: " stđ khe hở không đổi nếu từ dẫn khe hở không đổi " stđ là đập mạch nếu từ dẫn khe hở thay đổi ! Dòng điện xoay chiều: " 1 pha thì stđ là đập mạch " m pha đối xứng ( m≠1) thì stđ sẽ quay tròn " m pha không đối xứng ( m≠1) thì stđ sẽ quay elip
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều ! Biểu thức của stđ đập mạch: F = Fm sinωtcosα α là góc không gian " Nếu t = const # F = Fm1 cosα với Fm1 = Fm sinωt Sự phân bố của F là hình sin trong không gian. " Nếu α = const # F = Fm2 sinωt với Fm2 = Fm cosα Tại vị trí góc α, F biến đổi tuần hoàn theo thời gian Vậy : stđ đập mạch là một sóng đứng (nghĩa là sự phân bố hình sin trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian)
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều ! Biểu thức của stđ quay tròn: F = Fm sin(ωt ± α) Xét tại một điểm bất kỳ tùy ý của sóng stđ khong đổi thì: sin(ωt ± α) = const hay ωt ± α = const dα # =±ω dt
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Quay ngược Quay thuận Biểu thị bằng véc tơ quay
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Sức từ động đập mạch bằng tổng 2 sức từ động quay tròn. 1 1 Fm sinωt cosα = Fm sin(ωt − α ) + Fm sin(ωt + α ) 2 2 = F + F 1 2 Sức từ động quay tròn bằng tổng 2 sức từ động đập mạch. Fm sinωt ∓ α = Fm sinωtcosα ∓ Fmcosωt sinα π π = Fm sinωtcosα ∓ Fm sin(ωt − )cos(α − ) 2 2 Lưu ý: Nếu Fm khác nhau sẽ không quay tròn mà sẽ quay elip. Nếu góc lệch nhau cũng quay elip. Nhưng người ta mong muốn quay tròn và trong một số trường hợp người ta thích quay elip, e.g. quạt điện gia đình
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Sức từ động quay elip ππ F= Fsinωα tc osm F, sin( ω t−− ) c os( α ) mm22 π F= Fsinωα tc osm F sin( ωβ t−− ) c os( α ) mm 2 π F= Fsinωα tc osm F sin( ω t−− ) c os( αγ ) mm2
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều 2. Stđ của dây quấn phần cảm ! Máy cực lồi: " Dây quấn được quấn thành các cuộn dây gồm nhiều vòng bao quanh cực từ. wttI " Stđ của mỗi cực : F = t 2 p " Khe hở không đều nên mật độ từ thông ở đỉnh cực lớn hơn mỏm cực.
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Sự phân phố của từ trường được thể hiện thông qua sơ đồ sau: B δ tm1 kt = Btm δ m δδm /12,5=÷ Khe hở chỗ lớn nhất bằng 2,5 lần chỗ nhỏ nhất kt =÷0,95 1,15
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Máy cực ẩn: Dây quấn được quấn rải thành nhiều bối dây, đường biểu diễn stđ có dạng hình thang. Khe hở không khí đều. π B 8sinγ k = tm1 = 2 t B γ π 2 δ tm k = 1,065÷0,965 t γπ /2 (1−γπ ) γπ /2
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều 3. Stđ của dây quấn phần ứng a. Stđ của dây quấn 1 pha τ /2 τ τ /2 i = 2I sinωt b c F iws /2 s1 F i s3 a d Fs δ Theo định luật toàn dòng điện Stđ phân bố hình chữ nhật trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian H.dl = iw được phân tích theo Fourier ∫ s
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Từ trở của thép rất nhỏ (µ =∞) nên Hfe = 0 và stđ xem như chỉ cần thiết để sinh ra từ thông đi qua hai lần khe hở δ Hδ = iws 1 Stđ ứng với 1 khe hở : F= iw ss2 Stđ này phân bố hình chữ nhật trong không gian và biến đổ i hình sin theo thời gian được phân tích theo Fourier FFcss=+13osααα Fc s os3 + Fc s 5 os5 ++ Fc sυ os υα Fcos = ∑ sυ υα υ=1,3,5 2 π /2 Trong đó FFcd= osυα α ssυ ∫ π −π /2
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Và cuối cùng tìm được: FFctos sin ssm= ∑ υ υα ω υ=1,3,5 iws Với Fsm = 0,9 υ υ Như vậy: Sức từ động của một phần tử có dòng điện xoay chiều chạy qua là tổng hợp của ν sóng đập mạch phân bố hình sin trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian.
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Stđ của dây quấn 1 lớp bước đủ với q phần tử ta có FqFkctos sin qsmr= ∑ υ υα ω υ=1,3,5 Stđ của dây quấn 1 pha 2 lớp bước ngắn FqFkkct2ossin fsmrn= ∑ υυυ υα ω υ=1,3,5 Lưu ý số vòng dây 1 pha w = 2pqws Như vậy: Sức từ động của dây quấn 1 pha là tổng hợp của một dãy sóng đập mạch
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều b. Stđ của dây quấn m pha Các pha đặt lệch nhau trong không gian góc 2π/m, dòng điện m pha đối xứng lệch nhau về thời gian góc 2π/m iIt1 = 2 sinω 2π iIt=2 sin(ω − ) 2 m ⎡⎤2π iItmm =2 sinω −− ( 1) ⎣⎦⎢⎥m
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều F Fsin tc os 1 = ∑ fυ ω υα υ=1,3,5 22ππ FFtcsin( ) os ( ) 2 =∑ fυ ωυα−− υ=1,3,5 mm 22ππ FFtmcsin⎡⎤⎡⎤ ( 1) os ( m 1) mf=∑ υ ⎢⎥⎢⎥ωυα−−−− υ=1,3,5 ⎣⎦⎣⎦mm
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Để có stđ của dây quấn m pha ta lấy tổng của m stđ đập mạch đó. FF F Fsin tc osffυυ sin( t ) sin( t ) 1 ==∑ fυ ω υα ω− υα++ ω υα υ=1,3,5 22 22ππ FFtcsin( ) os ( ) 2 =∑ fυ ωυα−−= υ=1,3,5 mm FFffυυ⎡⎤⎡⎤22ππ sin (ωtt− υα )+ ( υ− 1)+ sin ( ω +++ υα ) ( υ 1) 22⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎢⎥mm 2π 2π FFtmcsin⎡⎤ ( 1) os⎡⎤ ( m1) mf=∑ υ ⎢⎥ωυα−−−⎢⎥−= υ=1,3,5 ⎣⎦m ⎣⎦m Ffυ ⎡⎤2π =sin (ωtm− υα )+ (−− 1)( υ 1) + 2 ⎣⎦⎢⎥m Ffυ ⎡⎤2π +++sin (ωtm υα ) (− 1)( υ + 1) 2 ⎣⎦⎢⎥m
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Với ν = 1,3,5 có thể chia làm 3 nhóm: 1) ν = mk - từ trường đối xứng không nên xét 2) ν = 2mk+1 – quay thuận 3) ν = 2mk-1 – quay ngược
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Xét nhóm quay thuận F Ft=fυ sin(ω− υα ) 1 2 Ffυ ⎡⎤2π Ft2 =sin (ω− υα )+ ( υ − 1) 2 ⎣⎦⎢⎥m Ffυ ⎡⎤2π Ftmm =sin (ω− υα )+ (−− 1)( υ 1) 2 ⎣⎦⎢⎥m
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều ! Với ν = mk 222πππ (1)(υπ−=mk− 1)2= k − mmm Với mỗi trj số của k và m, stđ là những sóng hình sin quay cùng tốc độ, các véc tơ tương ứng lệch nhau góc 2π/m làm thành một hình sao đối xứng và tổng bằng 0 ! Với ν = 2mk+1 2π (1)4υπ−=k m Với mỗi trị số của k, các stđ quay thuận trùng pha nhau và có trị số: m FFtsin( ) tf=∑ υ ωυα− υ=+21mk 2
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều ! Với ν = 2mk-1 24ππ (1)4υπ−=k − mm Với mỗi trj số của k, các stđ quay với cùng tốc độ và lệch nhau góc 4π/m, do đó tổng bằng 0.
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Tương tự với nhóm quay ngược: m FFt=+sin(ωυα ) nf∑ 2 υ υ=21mk − m Tổng hợp ta có: F = F sin(ωt υα ) (m) ∑ f υ ∓ υ =2mk±1 2 m w.k Với dq Ff υ = 0,45m I 2 υ p 3 Với dây quấn 3 pha F = F sin(ωt υα ) (3) ∑ f υ ∓ υ =6k±1 2 2 F = F sin(ωt υα ) Và dây quấn 2 pha (2) ∑ f υ ∓ υ =4k±1 2
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Tốc độ quay của stđ quay bậc ν n n =± υ υ 60 f Với n = p
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều Khi dòng trong m pha không đối xứng thì có thể phân tích thành các phân lượng đối xứng: m Với dòng thứ tự thuận: F = F sin(ωt υα ) 1(m) ∑ 1 f υ ∓ υ =2mk±1 2 m Với dòng thứ tự nghịch: FFtsin( ) 2(mf )=±∑ 2 υ ωυα υ=±21mk 2 Với dòng thứ tự không: iii01=== 02 03 i 0m 2 I 0 sinω t Sinh ra trong dây quấn m pha các stđ đập mạch cùng pha về thời gian và lệch nhau trong không gian góc 2π/m
IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều ⎧F01= F 0 fυ sinω tc os υα ⎪ ⎪ ⎡⎤2π F02= F 0 fυ sinωυα tc os − ⎪ ⎣⎦⎢⎥m ⎨ ⎪ ⎪ ⎡⎤2π F= Fsinωυα tc os−− ( m 1) ⎪ 00mfυ ⎢⎥ ⎩ ⎣⎦m Với ν = mk các stđ đập mạch do dòng thứ tự không ở m pha lệch nhau 2kπ trong không gian và công với nhau: FFtcsin os 0(mf )= ∑ 2 υ ωυα υ=mk
Giảng viên: Tiến sĩ Đặng Quốc Vương Email: vuong.dangquoc@hust.edu.vn Phone: +84-963286734 Bộ Môn Thiết Bị Điện – Điện Tử Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội 11
MÁY ĐIỆN I Nội dung Chương 1. Máy biến áp Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay Chương 3. Máy điện không đồng bộ Chương 4. Máy điện đồng bộ Chương 5. Máy điện một chiều 2
CHƯƠNG 3. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Nội dung I. Khái niệm chung về MĐKDB II. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB III. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐCĐKDB IV. Động cơ KĐB một pha 3
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 1. Cấu tạo và phân loại a. Cấu tạo Lâi thÐp Hép ®Êu d©y STATO N¾p giã R« to Qu¹t giã Trôc Vßng bi N¾p Vá Ch©n ®Õ
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 1. Cấu tạo và phân loại a. Cấu tạo R« to lång sãc ®óc nh«m Stato quÊn d©y Lâi thÐp R«to Vµnh ng¾n m¹ch Thanh dÉn nh«m D©y quÊn Stato Lâi thÐp Stato
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 1. Cấu tạo và phân loại a. Cấu tạo ®éng c¬ r« to lång sãc
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 1. Cấu tạo và phân loại a. Cấu tạo ! Stato: Mạch từ được chế tạo bằng thép kỹ thuật điện, gồm nhiều lá mỏng ghép lại với nhau. Trên các lá thép có xẻ rãnh đặt dây quấn.
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 1. Cấu tạo và phân loại a. Cấu tạo Dây quấn: Được chế tạo bằng dây điện từ ( làm từ đồng hoặc nhôm, sau đó bọc lớp cách điện mỏng bên ngoài) Dây được quấn thành các bối dây và được đặt vào các rãnh của mạch từ. Dây mềm, dây dẫn tròn Dây phần tử cứng, dây dẫn chữ nhật
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 1. Cấu tạo và phân loại a. Cấu tạo Dây quấn được đặt vào rãnh mạch từ
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 1. Cấu tạo và phân loại a. Cấu tạo Vỏ máy: Được chế tạo bằng gang đúc, bằng thép, nhôm hoặc các vật liệu kết cấu khác. Vỏ có chức năng đỡ và bảo vệ mạch từ và dây quấn stato. Vỏ Gang đúc Vỏ thép hàn
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 1. Cấu tạo và phân loại a. Cấu tạo Phôi đúc gang vỏ máy điện không đồng bộ
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 1. Cấu tạo và phân loại ! Rôto: Mạch từ được chế tạo bằng thép kỹ thuật điện, gồm nhiều lá mỏng ghép lại với nhau. Trên các lá thép có xẻ rãnh đặt dây quấn giống như stato.
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB ! Rotor Dây quấn: Thường được chế tạo dưới dạng lồng sóc: Các thanh dẫ bằng nhôm được đúc vào các rãnh và nối với nhau ở 2 đầu bằng 2 vòng ngắn mạch. Lõi thép roto Đúc nhôm tạo lồng sóc
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 1. Cấu tạo và phân loại Roto sau khi ép vào trục và gia công tạo khe hở
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB b. Phân loại ! Theo chức năng " Máy phát điện " Động cơ điện ! Theo cấu tạo rô to " Rô to lồng sóc " Rô to dây quấn ! Theo kiểu bảo vệ " Kiểu kín " Kiểu hở " Kiểu bảo vệ " Kiểu phòng nổ ! Theo chế độ làm việc: Dài hạn, ngắn hạn, ngắn hạn lặp lại.
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 2. Các đại lượng định mức # Công suất P (W, kW, MW) : Là Công suất cơ ra đầu trục đối với động cơ Là Công suất điện đầu ra ứng với máy phát # Tốc độ n (vg/ph): là tốc độ quay của rô to # Điện áp U (V), và tần số f (Hz) : Là điện áp đặt vào cực động cơ hoặc điện áp đầu ra ứng với máy phát ở tải định mức và thường đi kèm với tần số. # Đối với máy 3 pha thường ghi kèm cách nối dây. Trị số điện áp ghi trên nhãn máy là điện áp dây. VD 220/380V ∆/Y # Dòng điện: Là dòng điện vào đối với động cơ và dòng ra đối với máy phát ở tải định mức. Đối với máy 3 pha cũng được ghi kèm cách nối dây.
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 2. Các đại lượng định mức + Hiệu suất η: là tỷ số công suất ra trên công suất vào tính theo % + cos ϕ: là hệ số công suất ở tải định mức + Cấp bảo vệ: IP + Cấp cách điện: B, F, H + Ký hiệu : VD 3k112 M4 3 là seri hay lần cải tiến k là động cơ KĐB roto lồng sóc 112 là Chiều cao tâm trục M Cỡ lõi thép : trung bình ( L – Dài, S – Ngắn) 4 là số cực của máy.
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB 3. Ứng dụng của MĐKDB ! Chủ yếu được sử dụng làm động cơ do cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn, dễ sử dụng, vận hành, giá thành rẻ. ! Cũng được sử dụng làm máy phát . Gần đây người ta ứng dụng nhiều làm máy phát điện sức gió công suất đến vài Mêgaoat.
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 1. Khái niệm chung ! Coi máy điện KĐB như một máy biến áp mà dây quấn sơ cấp và thứ cấp chính là dây quấn Stato và Roto, hai dây quấn này liên hệ với nhau qua từ trường quay. ! Chỉ xét đến sóng cơ bản ( bậc 1)
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 2. Khi Roto đứng yên ! Đây là trường hợp lúc mở máy. Lúc này n = 0, f1 = f 2 ! Dòng điện I1 và I2 trong dây quấn stato và roto sinh ra các sức từ động F1 và F2: ⎧ m1 2 w1kdq1 ⎪F1 = I1 ⎪ π p ⎨ w k ⎪ m2 2 2 dq2 F2 = I2 ⎩⎪ π p Hai sức từ động này tác dụng với nhau tạo ra sức từ động tổng ở khe hở F0: ! ! ! F1 + F2 = F0 ! ! ! F1 = F0 + (−F2 )
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 2. Khi Roto đứng yên (tiếp) Giống như ở MBA, coi I1 gồm 2 thành phần: " Thành phần I0 tạo nên stđ F0 ’ " Thành phần (-I2) tạo nên stđ –F2 bù lại stđ F2 m 2 w k F = 1 1 dq1 I 0 π p 0 như vậy ta có: ' m1 2 w2kdq2 − F2 = − I'2 π p ' Như đối với MBA I1 = I0 + (−I2 )
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 2. Khi Roto đứng yên (tiếp) ! So sánh std F2 do dòng điện I2 cuả rotor và I’2 của dòng điện stator sinh ra, ta có: m 2 w k m 2 w k 2 2 dq2 I = 1 2 dq2 I' π p 2 π p 2 ! Từ đó có tỷ số biến đổi dòng điện: I2 m1w1kdq1 ki = ' = I2 m2w2kdq2 Và tỷ số biến đổi điện áp E1 w1kdq1 ke = = E2 w2kdq2
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 2. Khi Roto đứng yên (tiếp) ' ! Quy đổi về Stato: E2 = E1 = kE2 ! Tương tự MBA ta có Hệ phương trình khi roto đứng yên: ! ! ! ⎧U1 = −E1 + I1Z1 ⎪ ! , !' , ⎪0 = E2 − I2Z2 ⎪ ! , ! ⎨E2 = E1 ⎪I! I!, I! ⎪ 1 + 2 = 0 ⎪ E! I! Z ⎩− 1 = 0 m
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 2. Khi Roto đứng yên (tiếp) Đồ thị véc tơ Mạch điện thay thế
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 3. Khi Rotor quay ! Mạch Stato vẫn như cũ ! Tần số dòng điện roto thay đổi theo hệ số trượt f2 = sf1 ! Trị số sđđ trên dây quấn roto lúc này: E2s = sE2 ! Trị số điện kháng x2s = sx2 Do đó phương trình rotor sau khi đã quy đổi: 0 = E ' − I ' (r, + jx, ) 2s 2 2s 2s Do quy đổi nên điện trở và điện kháng đều phải tăng 1/s lần. r, sx, Điện trở rotor lúc này là r , = 2 và điện kháng x, = 2 = x, 2s s 2s s 2 Và phương trình rotor được viết lại: r, 1− s 0 = E' − I ' ( 2 + jx, ) = E' − I ' (r, + jx, + r, ) 2 2 s 2s 2 2 2 2s s 2
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 3. Khi Roto quay (tiếp) Hệ phương trình khi rotor quay: ! ! ! ⎧U1 = −E1 + I1(r1 + jx1) ⎪ ⎪ ! , !' , , 1− s , 0 = E2 − I2 (r2 + jx2 + r2 ) ⎪ s ⎪ ! , ! ⎨E2 = E1 ⎪I! I!, I! ⎪ 1 + 2 = 0 ! ! ⎪− E1 = I0Zm ⎪ ⎩ 1− s r , gọi là điện trở giả tưởng. s 2 Công suất cơ là công suất tiêu tán trên điện trở giả tưởng này
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 3. Khi Roto quay (tiếp) Mạch điện thay thế của MĐKĐB hình T
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 3. Khi Roto quay (tiếp) Mạch điện thay thế hình Γ (G) Quy đổi từ sơ đồ T-Γ bằng một hệ số C1 có giá trị (phức số) Z C 1 1 1 1 = + ≈ Zm Dòng điện không tải lý tưởng I00 được xác đinh U1 I00 = Z1 + Zm
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 3. Khi Roto quay (tiếp) Mạch điện thay thế hình Γ đơn giản
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB 4.1 Chế độ động cơ điện 0< s <1 P1 = m1U1I1 cosϕ1 r, P = P − p − p = m I ,2 2 đt 1 Cu1 Fe 1 2 s 1− s P = P − p = m I ,2 ( r, ) co đt Cu2 1 2 s 2 P2 = Pco − ( pco + p f ) p p p p p p ∑ = Cu1 + Fe + Cu2 + co + f P P P p 2 2 = 1 − ∑ η = P1
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB 4.1 Chế độ động cơ điện 0< s <1 (tiếp) Q1 = m1U1I1 sinϕ1 2 q1 = m1I1 x1 ,2 , q2 = m1I2 x2 2 Qm = m1E1I0 = m1I0 xm Q1 = Qm + q1 + q2
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB 4.1 Chế độ động cơ điện 0< s <1 (tiếp)
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB 4.2 Chế độ máy phát điện s 90 P1 = m1U1I1 cosϕ1 0 - Máy nhận công suất phản kháng để từ hoá lõi thép, nếu không thi không thể làm việc được
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB 4.2 Chế độ máy phát điện s <0 (tiếp)
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB 4.3 Chế độ hãm s >1 Ở chế độ này Rotor quay ngược với chiều quay của từ trường 1− s P = m I ,2 ( r, ) 0 - Máy nhận công suất điện từ lưới đt 1 2 s Tất cả công suất cơ và điện lấy từ ngoài vào đều biến thành tổn hao đồng trên mạch rotor r, 1− s P + (−P ) = m I ,2 ( 2 ) + [−m I ,2 ( r, )] = p đt co 1 2 s 1 2 s 2 Cu2
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB 4.3 Chế độ hãm s >1
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 5. Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB M = M 0 + M 2 - Phương trình cân bằng mômen p + p M = co f - Là mômen không tải để thắng toàn bộ 0 ω P M = 2 2 ω 2πn ω = 60 Sau khi biến đổi ta được mômen tải: P M = 9550 2 (Nm) 2 n Ví dụ: 7,5kw, n = 1450vòng/phút => M2 = 48Nm
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 5. Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (tiếp) p + p + P P M = co f 2 = co ω ω Pđt M đt = ω1 ω.Pđt n.Pđt Pco = = = (1− s)Pđt ω1 n1 Do Pđt = m2E2 I2 cosψ 2 nên Pco = m2 (1− s)E2 I2 cosψ 2
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 5. Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (tiếp) pn 2πn Do E = 2πf w k Φ; f = 1 ; ω = (1− s) 1 2 1 2 dq2 1 60 60 P 1 nên M = co = m pw k ΦI cosψ ω 2 2 2 dq2 2 2 Theo mạch thay thế hình Γ U I , = C I ,, = 1 2 1 2 , 2 , 2 (r1 + C1r2 / s) + (x1 + x2 ) , 2 , ,2 r2 m1U1 r2 / s và Pđt = m1I2 = , 2 , 2 s (r1 + C1r2 / s) + (x1 + x2 ) 2 , Pđt m1U1 pr2 / s Do đó M đt = = , 2 , 2 ω1 2πf1(r1 + C1r2 / s) + (x1 + x2 )
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 5. Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (tiếp)
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 5. Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (tiếp) Mô men cực đại 2 1 m1U1 p M max = ± , 2C1 2πf1[∓r1 + (x1 + x2 )] Và Mô men khởi động 2 , m1U1 pr2 M k = , 2 , 2 2πf1[(r1 + C1r2 ) + (x1 + C1x2 ) ] Mô men khởi động tỷ lệ với điện trở rô to. Khi khởi động thì điện trở lớn và khi làm việc thi điện trở bình thường
II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB 6. Các đường đặc tính của MĐKĐB n 1 η 0,8 Cos ϕ 0,6 M M2 0,4 s 0,2 0 0,5 1 P2
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB 1. Mở máy (khởi động) ! Khi mở máy, tốc độ n = 0 và hệ số trượt s = 1 I = I ’ Ik-f 1 2 R1 X1 R2’ X2 ’ ' U1-f R (1− s) 2 = 0 s U I = 1−f = (5÷ 7)I k−f ' 2 ' 2 đ m (R1 + R 2 ) + (X1 + X2 )
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB 1. Mở máy (khởi động) ! §éng c¬ K§B cã nhîc ®iÓm lµ dßng ®iÖn khëi ®éng rÊt lín th êng tõ 4 - 7 lÇn dßng ®Þnh møc cña ®éng c¬. ! Dßng ®iÖn khëi ®éng lín lµm ¶nh hëng ®Õn líi ®iÖn (g©y sôt ¸p lưíi), lµm nãng d©y quÊn ®éng c¬ vµ g©y tæn hao trªn d©y dÉn lín, g©y momen xung kÝch ¶nh hëng ®Õn c¸c mèi ghÐp c¬ khÝ gi÷a c¸c phÇn quay cña ®éng c¬ vµ m¸y c«ng t¸c ! §Ó h¹n chÕ hiÖn tîng trªn ngêi ta chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ khëi ®éng cho lo¹i ®éng c¬ nµy
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB 1. Mở máy (khởi động) (tiếp) Mét sè biÖn ph¸p MỞ MAY hay ®îc sö dông: a. Më m¸y b»ng ph¬ng ph¸p gi¶m ¸p " Më m¸y b»ng ph¬ng ph¸p ®æi nèi Y/∆ " Më m¸y b»ng biÕn ¸p tù ngÉu " Më m¸y b»ng cuén kh¸ng l¾p vµo m¹ch Stato " Më m¸y b»ng thiÕt bÞ b¸n dÉn (Khëi ®éng mÒm ) b. Më m¸y b»ng ®iÖn trë phô m¾c vµo m¹ch r«to (chØ víi ®éng c¬ r«to quÊn d©y)
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB 1. Mở máy (khởi động) (tiếp) ! Yêu cầu mở máy: " Mk > Mcản. " Thời gian mở máy nhanh . " Dòng điện mở máy Ik nhỏ, được thực hiện bằng cách: " Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn. " Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB ! Më m¸y b»ng ph¬ng ph¸p ®æi nèi Y/ ∆ " Ph¬ng ph¸p nµy chØ ¸p dông cho c¸c ®éng c¬ khi vËn hµnh b×nh thêng, cuén d©y nèi tam gi¸c ∆ S¾p xÕp ®Çu d©y c¸c pha trªn hép AT ®Êu d©y Nèi Y Nèi ∆ K1 K3 Tñ ®iÖn Z X Y Z X Y Z X Y A B C K2 Z X Y A B C A B C A B C + §iÖn ¸p ®Æt vµo ®éng c¬ gi¶m 3 lÇn + Dßng ®iÖn khëi ®éng gi¶m 3 lÇn Motor + M«men khëi ®éng gi¶m 3 lÇn + ThÝch hîp cho khëi ®éng kh«ng t¶i hoÆc c¸c phô SEAQIP 2004: Training 48 Course on Energy Audit t¶i nhÑ - Part 4.1
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB Më m¸y b»ng biÕn ¸p tù ngÉu + §iÖn ¸p ®Æt vµo ®éng c¬ gi¶m tïy ý theo t¶I AT + ThÝch hîp cho khëi ®éng kh«ng t¶i hoÆc c¸c phô t¶i nhÑ 1 Quy tr×nh 1. §ãng AT1, ®ãng AT cÊp ®iÖn cho MBA tù ngÉu 2. §ãng K1, ®éng c¬ b¾t ®Çu khëi ®éng 3. Khi tèc ®é ®¹t 70-80% ®Þnh møc, ng¾t K1, ®ãng K2 4. Ng¾t MBA ra b»ng ng¾t AT
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB Më m¸y b»ng biÕn ¸p tù ngÉu " Ứng dụng: động cơ có công suất và quán tính lớn: máy bơm, máy nén khí " Thao tác: thay đổi vị trí con chạy để cho lúc mở máy điện áp đặt vào động cơ nhỏ, sau đó tăng dần lên bằng điện áp định mức. " Ưu điểm: Nếu đặt tỷ số Uđm/U1 = k (lần) > 1 thì dòng 2 điện khởi động Ik giảm k lần (tức là còn nhỏ hơn so với dùng điện kháng). " Nhược điểm: mômen khởi động giảm k2 lần (vì M ∼ U2 ). " Đặc đ iểm: Giá thành thiết bị mở máy đắt hơn so với dùng điện kháng
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB Më m¸y b»ng Cuén kh¸ng m¾c vµo Stato • §©y lµ ph¬ng ph¸p kh¸ phæ biÕn vµ hiÖu qu¶ cao + Cho phÐp khëi ®éng víi c¸c lo¹i phô t¶i nhÑ hoÆc kh«ng t¶i AT + Cã thÓ thiÕt kÕ víi bÊt kú cÊp ®iÖn ¸p K1 nµo ®Æt vµo ®éng c¬ khi khëi ®éng A B C + Kh¸ nhá gän vµ ®¬n gi¶n + Kh«ng bÞ xung khi ng¾n m¹ch kh¸ng Kh¸ng K2 Tñ ®iÖn Quy tr×nh 1. §ãng AT cÊp ®iÖn cho m¹ch ®iÒu §o¹n c¸p dµi ®· ® îc rót ng¾n l¹i khiÓn so víi ph¬ng ph¸p ®æi nèi Y∆ 2. §ãng K1, ®éng c¬ b¾t ®Çu khëi Motor ®éng 3. Khi tèc ®é ®¹t 70-80% ®Þnh møc, ®ãng K2 ng¾n m¹ch kh¸ng
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB Më m¸y b»ng Cuén kh¸ng m¾c vµo Stato " Mục đích: thay đổi trị số điện kháng ĐK thì có thể đạt được dòng điện mở máy cần thiết. Do có điện áp giáng trên điện kháng nên điện áp mở máy trên đầu cực động cơ U1 sẽ nhỏ hơn điện áp lưới Uđm " Đặc điểm: rẻ tiền, tin cậy, đơn giản. " Ưu điểm: Nếu đặt tỷ số Uđm/U1 = k (lần) > 1 thì dòng điện khởi động Ik giảm k lần. " Nhược điểm: mômen khởi động giảm k2 lần (vì M ∼ U2 )
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB cuén kh¸ng kh« më m¸y ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 53
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB KÝch thíc l¾p ®Æt kh¸ng khëi ®éng
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB KÝch thíc l¾p ®Æt kh¸ng më m¸y (tiÕp) KÝch th íc l¾p ®Æt Ký hiÖu C«ng suÊt L A H L1 L2 Kh.lîng (kW) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (kg) RS-250 250 420 280 430 390 110 175 RS-200 200 400 260 420 370 110 150 RS-150 150 360 220 320 330 110 116 RS-130 130 320 220 300 290 100 85 RS-75 75 270 150 250 240 70 55 RS-55 55 245 120 230 225 60 46
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB khëi ®éng b»ng thiÕt bÞ b¸n dÉn (soft starter) A B C • Mçi pha cã 2 Thyristor m¾c song song ngîc • §iÒu khiÓn ®iÖn ¸p hiÖu dông ®Æt vµo ®éng c¬ theo quy luËt ®Þnh tríc • §iÖn ¸p ®Æt vµo ®éng c¬ lµ mét phÇn cña ®iÖn ¸p h×nh sin – Kh«ng sin • Gi¸ thµnh cao U §éng c¬ t α 56
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB khëi ®éng b»ng thiÕt bÞ b¸n dÉn (soft starter) ! Ứng dụng: dùng cho động cơ có thời gian khởi động lâu và quán tính khởi động lớn như quạt, máy bơm, máy quấn dây ! Đặc điểm: điều chỉnh được dòng khởi động và làm cho mômen trơn. Các phương pháp mở máy động cơ không bộ bằng cách giảm điện áp nêu trên đều dẫn đến giảm mômen mở máy. ! Phương pháp khởi động mềm bằng bộ khởi động mềm sử dụng bộ điều khiển điện tử để hạn chế dòng điện ở máy, đồng thời có thể điều chỉnh tăng mômen mở máy một cách hợp lý. Điện áp trên đầu cực động cơ được hạn chế khi mở máy, sau đó được tăng dần một cách tuyến tính từ giá trị xác định đến định mức theo một chương trình thích hợp. 57
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB 2. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ ! Từ công thức 60 f nnns==(1− ) 11p n1 – Tèc ®é ®ång bé f – TÇn sè nguån p – Sè ®«i cùc NhËn thÊy cã c¸c ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬ K§B nh sau: " §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi sè ®«i cùc " §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi tÇn sè " §iÒu chØnh tèc ®é b»ng hÖ sè trît (®iÒu chØnh ®iÖn ¸p, ®iÒu chØnh ®iÖn trë r« to ë ®éng c¬ roto d©y quÊn)
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB a. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi sè ®«i cùc 2p =4 Riªng ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi 1500vg/ph sè ®«i cùc cña m¸y ph¶i can thiÖp ®Õn cÊu t¹o vµ d©y quÊn cña ®éng c¬. Do ®ã chØ cã thÓ chÕ t¹o mét ®éng c¬ cã 2, 3 hoÆc 4 tèc ®é v.v mµ kh«ng thÓ 2p =2 ®iÒu chØnh tèc ®é mÒm v× p lµ sè 3000vg/ph nguyªn 2p =2 3000vg/ph a =2
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB a. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi sè ®«i cùc §æi nèi tam gi¸c ∆ sao sao Y Y
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB a. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi sè ®«i cùc §æi nèi sao Y sao sao Y Y
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB b. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi tÇn sè HiÖn nay ®· ®îc sö dông kh¸ phæ biÕn nhng chñ yÕu cho c¸c ®éng c¬ c«ng suÊt nhá vµ trung b×nh do gi¸ thµnh cßn rÊt cao H×nh d¹ng cña mét bé biÕn tÇn cña h·ng SIEMEN
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB b. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi tÇn sè 3-pha AC 400V, 50 Hz §éng c¬ vËn hµnh víi tÇn sè líi tèc ®é kh«ng ®æi §éng c¬ K§B Aptomat hoÆc contactor U U t t
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB b. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi tÇn sè • Lµm viÖc víi bé biÕn tÇn (Inverter) 3-pha AC • 400V, 50 Hz tèc ®é thay ®æi theo tÇn sè Aptomat hoÆc §éng c¬ K§B contactor Inverter U t U U t t
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB Nguyªn lý lµm viÖc cña biÕn tÇn ChØnh lu Läc ph¼ng BiÕn ®æi thµnh xoay chiÒu §éng c¬ M §iÖn ¸p líi §iÖn ¸p sau chØnh lu 3 pha vµ läc ph¼ng Thay ®æi tÇn sè vµ ®iÖn ¸p
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB biÕn tÇn g¾n cïng ®éng c¬
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB øng dông cña bé biÕn tÇn B¨ng chuyÒn HÖ thèng b¬m níc nãng M¸y bäc parllet B¬m ho¸ chÊt D©y chuyÒn ®ãng chai
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB b. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi tÇn sè ĐẶC TÍNH CƠ KHI ĐiỀU CHỈNH TẦN SỐ
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB c. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi ®iÖn ¸p SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ KHI ĐiỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB d. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi ®iÖn trë phô roto SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐiỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG ĐiỆN TRỞ PHỤ MẮC VÀO MẠCH ROTO
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB d. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi ®iÖn trë phô roto ĐẶC TÍNH CƠ KHI ĐiỀU CHỈNH ĐiỆN TRỞ PHỤ MẠCH RÔ TO
III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB d. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi ®iÖn trë phô roto ĐẶC TÍNH CƠ KHI ĐiỀU CHỈNH ĐiỆN TRỞ PHỤ MẠCH RÔ TO (CÁCH VẼ KHÁC)
IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA 1. Đặc điểm và cấu tạo ! Là loại động cơ roto lồng sóc ! Stato đặt 2 dây quấn lệch nhau trong không gian góc 900 " Một cuộn chính gọi là cuộn làm việc " Một cuộn phụ gọi là cuộn khởi động " Cuộn khởi động thường được nối với 1 phần tử lệch pha là tụ điện hoặc điện trở. 2. Phân loại Gồm 5 loại: a. Khởi động bằng vòng ngắn mạch b. Khởi động bằng điện trở c. Khởi động bằng tụ điện d. Có tụ làm việc e. Có tụ làm việc và tụ khởi động
IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA 3. Nguyên lý làm việc U~ Ф, f chiều e, i F đt + Fđt + Khi điện áp xoay chiều đặt vào dây quấn stato sẽ xuất hiện dòng điện Istato và sinh ra từ thông Ф trong dây quấn stato. Từ thông biến thiên với tần số f xuyên qua các thanh dây dẫn roto cứng sẽ tạo ra dòng điện Iroto nếu mạch khép kín. Khi rôto đứng yên s = 1, lực điện từ sinh ra bởi dòng điện Iroto và từ thông stato Ф tác động lên rôto và cân bằng lẫn nhau, nên không tạo nên mômen.
IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA M ! Từ trường dây quấn stato 1 pha M 1 là đập mạch Φđm = Σ(Φ1 + Φ2) M1k ! Từ thông thứ tự thuận Ф 1 cảm ứng ra các sức điện động thứ tự M1fa s thuận ở rôto E21 tạo nên dòng 0 1 2 điện thứ tự thuận I21 ở rôto , tương tác giữa I và E tạo nên 21 21 M mômen quay thuận M : Ф $ 2 M 1 1 2k E21 $ I21 $ M1 ! Tương tự có Ф2 $ E22 $ I22$ M2 (Mômen quay nghịch ) ! Biểu diễn M1 và M2 theo hệ số trượt s ! Cộng M1fa = M1 + M2 ! Tại s =1 (n = 0) thì M1fa = 0 tức là độ ng cơ không thể tự mở máy được. Cần dùng lực cơ bên ngoài tác động theo chiều thuận n > 0 $ s 0 $ quay trở lại theo chiều nghịch n < 0 $ s<1 $ M < 0 $ động cơ lại tiếp tục quay theo chiều nghịch
IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA a. ĐCĐKĐB một pha khởi động bằng vòng ngắn mạch + Mô men khởi động thấp ( < 0,3Mđm) + Hiệu suất và cosϕ thấp. + Thường dùng cho quạt công suất nhỏ.
IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA b. Động cơ điện KĐB một pha khởi động bằng biến trở " Mô men khởi động thấp ( < 0,5Mđm) " Hiệu suất và cosϕ thấp. " Được sử dụng cho các loại tải yêu cầu mô men khởi động thấp như bơm nước, quạt gió " Kích thước khá lớn, giá thành cao " Hiện nay ít được sử dụng. Muốn mở máy động cơ ta đóng khoá K. MK≠ 0. Động cơ khởi động, tốc độ tăng lên khi tốc độ gần tốc độ định mức thì mở khoá K bằng công tắc ly tâm. Động cơ từ hai pha trở thành một pha đã khởi động và tiếp tục làm việc
IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA c. Động cơ điện KĐB một pha khởi động bằng tụ điện " Mô men khởi động lớn nên phù hợp với các loại tải yêu cầu moomen khởi động lớn. " Hiệu suất và cosϕ thấp. " Kích thước lớn, giá thành cao. Quá trình làm vịêc (mở máy) lâu dài giống như động cơ ở trên nhưng khác là động cơ này cho mômen mở máy lớn. Tụ C thường được tính toán sao cho có từ trường tròn lúc mở máy. Ưu điểm : Mômen mở máy lớn Nhược điểm : Tụ dễ cháy
IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA d. Động cơ điện KĐB một pha có tụ làm việc " Mô men khởi động thấp ( < 0,5Mđm) " Hiệu suất và cosϕ cao hơn so với động khởi động bằng điện trở " Được sử dụng cho các loại tải yêu cầu mô men khởi động thấp như bơm nước, quạt gió " Giá thành thấp, kích thước nhỏ.
IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA e. Động cơ điện KĐB một pha có tụ làm việc và tụ khởi động ! Mô men khởi động khá lớn song thấp hơn loại khởi động bằng tụ. ! Hiệu suất và cosϕ cao hơn so với động cơ có tụ khởi động ! Được sử dụng rộng rãi và phù hợp với nhiều loại tải
C¢U HáI ¤N TËP 1. Nguyªn lý lµm viÖc cña MBA, vai trß cña MBA trong hÖ thèng ®iÖn lùc 2. C¸c ®¹i lîng ®Þnh møc cña MBA, ý nghÜa 3. Tæ nèi d©y cña MBA 4. S¬ ®å thay thÕ vµ ®å thÞ vÐc t¬ cña MBA 5. Gi¶n ®å n¨ng lîng trong MBA 6. §iÒu kiÖn ®Ó c¸c MBA lµm viÖc song song 7. CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña M¸y ®iÖn Kh«ng ®ång bé ( K§B) 8. Ký hiÖu cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé 9. M¸y ®iÖn K§B ®îc chia thµnh nh÷ng lo¹i nµo
MÁY ĐIỆN I Nội dung Chương 1. Máy biến áp Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay Chương 3. Máy điện không đồng bộ Chương 4. Máy điện đồng bộ Chương 5. Máy điện một chiều 1
Chương 4. Máy điện đồng bộ Nội dung I. Khái niệm chung về MĐĐB II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song VI . ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ 2
Chương 4. Máy điện đồng bộ Nội dung I. Khái niệm chung về MĐĐB II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song VI . ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ 3
I. Khái niệm chung về MĐĐB 1.1. Cấu tạo Lõi thép stato gồm các lá thép KTĐ dày 0,5 mm khe hở không nối trục khí rôto vành Động cơ trượt sơ cấp trục chổi than dây quấn kích từ _ dây quấn (rôto) + stato Nguồn kích từ
I. Khái niệm chung về MĐĐB 1.2. Phân loại  Theo kết cấu: _- + Lõi thép I t N N Dây quấn   kích từ S S Dây quấn Cực từ kích từ S Lõi thép N Rôto cực ẩn Rôto cực lồi
I. Khái niệm chung về MĐĐB 1.2. Phân loại (tiếp)  Chức năng: o Máy phát phát điện đồng bộ: . Tua bin hơi: tốc độ cao, cực ẩn, trục máy đặt nằm ngang . Tua bin nước: tốc độ thấp, cực lồi, trục máy đặt thẳng đứng . Máy phát công suất nhỏ: ĐC Diezen kéo rotor, cấu tạo cực lồi o Động cơ điện đồng bộ: . Thường cực lồi, kéo tải ít thay đổi tốc độ, P ≥ 200 kW o Máy bù đồng bộ: . Cải thiện hệ số công suất cos
I. Khái niệm chung về MĐĐB 1.3. Kết cấu  Máy đồng bộ cực ẩn: o Rotor làm bằng thép hợp kim chất lượng cao. o Rotor được rèn, phay rãnh đặt dây quấn kích từ. o 2p = 2, n = 3000 (v/ph). o D = 1,1 ÷ 1,15 m (nhỏ) => hạn chế lực ly tâm. o L ≤ 6,5 m (dài) => tăng công suất của máy. o Dây quấn: Cu, tiết diện chữ nhật, bọc cách điện, quấn đồng tâm. o Rãnh nêm kín bằng gỗ hoặc thép không từ tính. o Máy kích từ nối trục, hoặc đồng trục.
I. Khái niệm chung về MĐĐB 1.3. Kết cấu (tiếp)  Máy đồng bộ cực lồi:  Tốc độ quay thấp, đường kính lớn D  15m, l ngắn: l/D = 0,15÷0,2.  Máy nhỏ và TB: rotor được chế tạo từ thép đúc, gia công lại.  Máy lớn: rotor được ghép từ lá thép KTĐ dày 1 ÷ 6 mm, cực từ được ghép từ những lá thép dày 1 ÷ 1.5 mm.  Bề mặt cực từ đặt dây quấn cản (MF) hay dây quấn mở máy (ĐC).
I. Khái niệm chung về MĐĐB 1.4. Nguyên lý làm việc của MĐĐB a. Máy phát điện iA A Rôto quay với tốc độ n. Rôto đóng vai trò nam châm điện N (do có dòng kích từ) tạo ra từ - trường quay, cảm ứng trong n n1 Tải dây quấn stato các sức điện iB động hình sin. Nếu MFĐĐB + S B mang tải (mạch kín) sẽ có dòng điện 3 pha: iA, iB, iC. Các dòng iC C iA, iB, iC tạo ra từ trường quay với tốc độ n1 = n
I. Khái niệm chung về MĐĐB 1.4. Nguyên lý làm việc của MĐĐB (tiếp) b. Động cơ điện i A A Đặt điện áp 3 pha vào dây quấn stato. Trong dây quấn N - stato sẽ có dòng điện 3 pha iA, n Nguồn n 1 iB, iC tạo ra từ trường quay với 3 pha tốc độ n = 60f/p. Từ trường iB 1 + S B trong dây quấn stato kéo rôto quay với tốc độ n = n1. i C C
I. Khái niệm chung về MĐĐB 1.5. Các đại lượng định mức  Kiểu máy  Số pha  Tần số  Công suất định mức (kW, kVA)  Điện áp dây  Hệ số công suất  Tốc độ quay  Cấp cách điện dây quấn stato, rôto.
Chương 4. Máy điện đồng bộ Nội dung I. Khái niệm chung về MĐĐB II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song VI . ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ 12
II. Từ trường trong MĐĐB 2.1. Khái niệm chung  Bao gồm: o Từ trường cực từ Ft (it – dòng kích từ). o Từ trường phần ứng Fư (iư – dòng phần ứng) o Chế độ không tải:  Ft – quét qua dây quấn stator => Eo. o Chế độ có tải:  Tồn tại cả Ft & Fư.  Tác dụng của Ft lên Fư – phản ứng phần ứng.  Mạch từ không bão hòa: sử dụng nguyên lý xếp chồng.
II. Từ trường trong MĐĐB 2.2. Từ trường của dây quấn kích thích It (dòng kích từ) của cực từ sinh ra stđ w .I F t t  t 2.p t w : số vòng dây cuộn kích từ t t p: số đôi cực từ  N Ft tạo ra: S S Từ trường chính t (đi qua khe hở không khí để truyền tải năng lượng). N Từ trường tản t chỉ móc vòng trong các dây quấn kích từ
II. Từ trường trong MĐĐB 2.2. Từ trường của dây quấn kích thích (tiếp)  stator  A o τ rôtor N N S - stato B B t B1 + S rôto B 5 x C B3  Phụ thuộc vào đường cong mặt cực từ, không sin  Biên độ sóng cơ bản (B1) được biểu thị theo trị số từ cảm cực đại (Bt): B1 = ktBt, với kt – hệ số dạng sóng (máy cực lồi: kt = 0.95 ÷ 1.15; máy cực ẩn: kt = 0.965 ÷ 1.065
II. Từ trường trong MĐĐB 2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng  Ở chế độ có tải: dòng điện stator sinh ra từ trường phần ứng.  Tác dụng của từ trường cực từ lên từ trường phần ứng – phản ứng phần ứng  Phản ứng phần ứng tính chất của tải (dung, cảm, hay trở).  MĐ cực ẩn: khe hở đều.  MĐ cực lồi: khe hở dọc trục, ngang trục => có phản ứng dọc trục, ngang trục.
II. Từ trường trong MĐĐB 2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp) a. Phản ứng phần ứng ngang trục  Tải thuần trở: o Tải đối xứng, thuần trở. I & E trùng pha (Ψ = 0) iA = Im => Fư  IA  EA. O FA vượt pha EA 90 Fư  Ft Phản ứng ngang trục.
II. Từ trường trong MĐĐB 2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp) b. Phản ứng phần ứng dọc trục  Tải thuần cảm: o Tải đối xứng, thuần cảm O EA vượt pha IA 90 O FA vượt pha EA 90 Fư cùng phương ngược chiều Ft Phản ứng dọc trục, khử từ.
II. Từ trường trong MĐĐB 2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp) b. Phản ứng phần ứng dọc trục  Tải thuần dung: o Tải đối xứng, thuần dung O EA chậm pha IA 90 O FA vượt pha EA 90 Fư cùng phương cùng chiều Ft Phản ứng dọc trục, trợ từ.
II. Từ trường trong MĐĐB 2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp) b. Phản ứng phần ứng dọc trục  Tải hỗn hợp: o EA & IA lệch pha Ψ. o Phân tích Fư thành 2 thành phần: . Dọc trục: Fưd = FưsinΨ . Ngang trục: Fưq = FưcosΨ o 0 < Ψ <  /2 – ngang trục, khử từ. o - /2 < Ψ < 0 – ngang trục, trợ từ
Chương 4. Máy điện đồng bộ Nội dung I. Khái niệm chung về MĐĐB II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song VI . ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ 21
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.1. Khái niệm chung  Quan hệ điện từ bao gồm: o Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị véc tơ MĐĐB o Giản đồ cân bằng năng lượng MĐĐB o Công suất điện từ của MĐĐB  Điện kháng phần ứng: Cần phải xác định vì trong sơ đồ thay thế MĐĐB có sử dụng đại lượng này. It → Ft → t → cảm ứng E trong dây quấn phần ứng. Nếu mạch phần ứng khép kín (có tải) sẽ có Iư → Fư → ư → cảm ứng Eư . Xư là điện kháng phần ứng, đặc trưng cho khả năng tích luỹ năng lượng từ trường của phần ứng, Xư = Eư/Iư
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.1. Khái niệm chung (tiếp)  Với tải bất kỳ: Iư (I) → Id (Iưd) → Fưd → ưd → Eưd = Xưd.Id Iq (Iưq) → Fưq → ưq → Eưq = Xưq.Iq Xưd - điện kháng phần ứng dọc trục E Xưq - điện kháng phần ứng ngang trục A IB Ft Iq Fưq  IA Fư Fưd Id IC
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.2. Phương trình cân bằng điện áp (CBĐA) và đồ thị véctơ MĐĐB  Tải đối xứng ta xét riêng từng pha và phương trình cân bằng ĐA U E I r jx o Máy phát: uu o Động cơ, máy bù đồng bộ: U E I ruu jx Trong đó: U – điện áp đầu cực máy rư – điện trở, điện kháng tản dây quấn phần ứng E - sđđ cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe hở o Mạch từ không bão hòa => ứng dụng nguyên lý xếp chồng E = E0 + Eư o Mạch từ bão hòa => F = F0 + Fư => sđđ E
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.2. Phương trình CBĐQ và đồ thị véc tơ MĐĐB (tiếp) a. Máy phát điện  Mạch từ không bão hòa.  Tải đối xứng, tính cảm (0 < Ψ < 900)  Máy cực ẩn: . j I xu Điện kháng đồng bộ = 0.7 ÷ 1.6 25
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB a. Máy phát điện (tiếp)  Đồ thị véctor của MĐĐB cực ẩn Từ phương trình cân bằng điện áp, ta xây dựng cách vẽ đồ thị véctơ như sau: •Vẽ U, , I, sau đó vẽ Rư.I  I, j.Xư.I  I và jXư.I  I •Xác định E = U + Rư.I + j.Xư.I + jXư.I •Xác định j.Xđb.I = j.Xư.I + jXư.I •Vẽ Ft  E, Fư  I, F = Ft + Fư Tải tính cảm 26
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB a. Máy phát điện  Đồ(tiếp) thị véctơ của MĐĐB cực ẩn Tải tính dung 27
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB a. Máy phát điện (tiếp)Máy cực lồi Fư = Fưd + Fưq . . Euq j Iq x uq Eud j I d x ud Phương trình cân bằng điện áp • Do từ thông tản của từ trường phần ứng sinh ra. • Không phụ thuộc vào từ dẫn của  hướng dọc &28 ngang trục.
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB a. Máy phát điện  Đồ(tiếp) thị véctor của MĐĐB cực lồi Từ phương trình cân bằng điện áp, ta xây Tải tính cảm dựng cách vẽ đồ thị véctơ như sau: • Vẽ U, , I. • Vẽ Iq ,  (xi) = ^(Iq, I); Id  Iq • Vẽ RưI  I; jXưI  I; Xác định E = U + Rư.I + j.Xư.I; • Vẽ jXưq Iq  Iq; jXưdId  Id; Xác định E = U + Rư.I + j.Xư. I + j.Xưd.Id + j.Xưq.Iq
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB  Đồ thị véctor của MĐĐB cực lồi (tiếp) Tải tính dung
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB  Đồ thị véctor của MĐĐB cực lồi (tiếp) • Tuy nhiên vẫn có thể phân tích thành các thành phần dọc & ngang trục. • Phương trình cân bằng điện áp Đồ thị sđđ đã biến đổi j I xu j I x  u cos + I x  u sin j I xu j Iqd x  u j I x  u UEjIx 0 d ud x u jIx q uq x u Ir u U E0 j Id x d j Iq x q I r u Điện kháng đồng bộ Điện kháng đồng bộ dọc trục: 0,7 ÷ 1,2 ngang trục: 0,46 ÷ 0,76 31
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.2. Phương trình CBĐA và đồ thị véc tơ MĐĐB (tiếp) b. Động cơ điện • Tiêu thụ công suất điện, phát công suất cơ • Thường cấu tạo cực lồi • Phương trình cân bằng điện áp: U E0 Eu I r u jx u U E0 Eud E uq I ruu jx U E0 jId x d jI q x q I r u 32
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.3. Cân bằng năng lượng trong MĐĐB  MFĐĐB có MF kích từ nằm cùng trục với rôto: MFĐĐB ĐC sơ cấp MF kích từ P2 P1 pcơ pt pf pCu pFe Rôto Stato pcơ: tổn hao cơ do ma sát và quạt gió; Pđt P2 p : tổn hao phụ do sóng bậc P1 f cao; p : tổn hao đồng dây quấn p Cu Fe stato; pCu p : tổn hao sắt từ bên stato; pf Fe p pt : tổn hao kích từ (điện). pcơ t 33
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.3. Cân bằng năng lượng trong MĐĐB (tiếp)  ĐCĐĐB có MF kích từ nằm cùng trục với rôto: P2 Pđt P1 pf pt pcơ pFe pCu
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.4. Đặc tính góc của MĐĐB a. Đặc tính góc công suất tác dụng • Khái niệm: là quan hệ P = f() khi Eo = C, U = C, (Eo, U) • Bỏ qua rư (rư << xđb, xd, xq) • Công suất ở đầu cực của máy: P mUIcos • Máy cực lồi (dựa theo đồ thị): EU cos Usin o IIdq ;;   xd xq 35
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.4. Đặc tính góc của MĐĐB a. Đặc tính góc công suất tác dụng P = f(θ) khi E = const (I = const), U = const t θ - teta, góc (E,U); E φ - phi, góc (U,I); j.XdId  - xi, góc (E,I). j.XqIq Vẽ đồ thị véc tơ U E = U + R .I + j.X .I + jX .I ư d d q q θ khi bỏ qua Rư (Rư 0 (U vượt I)  I Iq φ E = XdId + Ucosθ Id = (E - Ucosθ)/Xd Id Usinθ = XqIq Iq = Usinθ/Xq 36
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.4. Đặc tính góc của MĐĐB a. Đặc tính góc công suất tác dụng (tiếp) P mUIcos = mUI cos  -  mU I cos  .cos  I sin  .sin  =mU Iqd cos + I sin mU22mE U mU sin .cos  o sin  sin  .cos  xq x d x d mE U mU 2 11 o sin sin2 PP eu xd2 x q x d • Nhận xét: công suất tác dụng của máy cực lồi gồm hai thành phần: – Pe  sin, và Eo (it). – Pu  sin2, và  Eo (it). • P 0 => động cơ điện phản kháng
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB a. Đặc tính góc công suất tác dụng (tiếp) •Máy cực ẩn: xd = xq mE U P o sin xd 38
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB 3.4. Đặc tính góc của MĐĐB (tiếp) b. Đặc tính góc công suất phản kháng • Công suất phản kháng của máy điện đồng bộ: Q mUIsin mUI sin   mU Isin cos  I cos  sin  mU Idqcos I sin mE U mU22 1 1 mU 1 1 Q o cos cos2 xd22 x q x d x q x d • Nhận xét: – Khi  dương hay âm thì Q là không đổi. – Khi -’ phát công suất phản kháng. – Ngoài phạm vi trên => tiêu thụ công suất phản kháng của lưới điện. 39
III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB b. Đặc tính góc công suất phản kháng (tiếp) Đoạn 1: Q 0, ĐCĐB phát Q vào lưới (máy bù đồng bộ) 2 3 Đoạn 3: Q > 0, MFĐB phát Q vào lưới Đoạn 4: Q < 0, MFĐB tiêu thụ Q từ lưới 900 θ  θ 0 900 1 4 ĐCĐ MFĐ 40
Chương 4. Máy điện đồng bộ Nội dung I. Khái niệm chung về MĐĐB II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song VI . ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ
IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng 4.1. Đại cương  Các đại lượng đặc trưng cho chế độ làm việc của MFĐB ở tải đối xứng: • Điện áp đầu cực dây quấn phần ứng • Dòng điện tải dây quấn phần ứng • Dòng kích thích it • Hệ số công suất (cos ) • Tần số , tốc độ quay của rotor (n)  Các đặc tính của MFĐB: • Đặc tính không tải • Đặc tính ngắn mạch • Đặc tính ngoài • Đặc tính điều chỉnh • Đặc tính tải
IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng 4.1. Đại cương  Sơ đồ nối dây thí nghiệm xác định các đặc tính của MF ĐB
IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng 4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) a. Đặc tính không tải  Khái niệm: là quan hệ Eo = Uo = f(it) khi I = 0 & f = fđm  Hệ đơn vị tương đối: E* = Eo/Uđm và it* = it/itđmo • itđmo – dòng không tải khi U = Uđm  Ít sự khác biệt giữa máy cực lồi & cực ẩn  Mạch từ máy tua bin hơi bão hòa hơn mạch từ máy tua bin nước  Khi Eo = Uđm, E* = 1 • Tua bin hơi: k = kd = 1,2 • Tua bin nước: kd = 1,06 • kd – hệ số bão hòa mạch từ. Các đường đặc tính có thể xác định bằng cách đo trực tiếp hoặc dựa vào đồ thị vectơ
IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng 4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) b. Đặc tính ngắn mạch •Khái niệm: là quan hệ In = f(it) khi U = 0 & f = fđm •Dây quấn phần ứng nối ngắn mạch ở đầu cực o •Bỏ qua rư => mạch phần ứng thuần cảm (Ψ = 90 ) •Iq = I.cos = 0 & Id = I.sin = i E0 j Id x d j I d x u x ud •NX: Phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ không bão hòa. Quan hệ I = f(it) là tuyến tính. • Tỷ số ngắn mạch K: Ino – dòng ngắn mạch ứng với dòng kích thích sinh ra sđđ Eo = Uđm khi không tải
IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng 4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) c. Đặc tính ngoài U = f(I) khi It, f, cos = const Khi tải , I RưI , XđbI Mặt khác do p/ư p/ư, khi I U hoặc  do tính chất của tải: + Tải thuần R p/ư p/ư ngang trục, E = const U + Tải thuần L p/ư p/ư dọc trục khử từ, E U + Tải thuần C p/ư p/ư dọc trục trợ từ, E U Độ biến thiên điện áp U%: U C E U U% = dm 100% Uđm Udm R E ứng với lúc Itđm không tải L U% của MFĐ = 2535% do Xd lớn, sụt áp nhiều ( U% của MBA 5%). I Để U% nhỏ cần sử dụng bộ AVR I (automatic voltage regulator) đm
IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng 4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) c. Đặc tính điều chỉnh •KN: It = f(I) khi U = Uđm & cos = C, f = fđm. •Cho biết hướng điều chỉnh It để U = C •Nhận xét: • Tải L: I , tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng tăng => U . Để U = C => It . • Tải C: giữ U = const => It • Thông thường cos = 0,8 => khi I Đặc tính điều chỉnh tăng từ 0  Iđm thì It0 tăng 1,7  2,2
IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng 4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) d. Đặc tính tải • KN: U = f(It) khi I = C & cos = C, f = fđm. • Có nhiều đường đặc tính tải. • Xét đặc tính tải thuần cảm: o cos = 0 ( = 90 ) I = Iđm Bỏ qua rư. • Dựa vào đặc tính không tải & tam giác điện kháng. Cách vẽ U = f(It) từ đặc tính không tải và đặc tính ngắn mạch: ABC: điện kháng. Dịch chuyển ABC sao cho điểm A chạy trên đường 1, cạnh BC  trục It; điểm C sẽ vẽ nên đặc tính tải
IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng 4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) e. Xác định điện kháng đồng bộ dọc trục & ngang trụ • Được xác định từ các đặc tính không tải Eo = f(it) – (1) • & đặc tính ngắn mạch In = f(it) – (2). • xd = f(it) – đường (3) E AC E AD x 0 x d I AB d I AB n n Xác định đkđb dọc trục • xd – điện kháng đồng bộ dọc trục bão hòa • xd - điện kháng đồng bộ dọc trục không bão hòa • Hệ số bão hòa mạch từ: kd = E /Eo xd xd kd • Máy cực lồi: xq  0,6xd; máy cực ẩn: xq = xd = xđb
IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng 4.3. Tổn hao và hiệu suất của MFĐĐB  Tổn hao đồng:  Tổn hao kích từ:  Tổn hao phụ: o Do từ trường tản & sự đập mạch của hài bậc cao o Do dòng điện xoáy do từ trường tản của dòng điện phần ứng. • Tổn hao ở bề mặc cực từ: • Tổn hao ở răng của stator: • Tổn hao cơ: • Hiệu suất: P2  Pp2  • Hiệu suất của MP ĐB: 92% – 98%.
Chương 4. Máy điện đồng bộ Nội dung I. Khái niệm chung về MĐĐB II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song VI . ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ
V. MĐĐB làm việc song song 5.1. Điều kiện kỹ thuật hoà đồng bộ Yêu cầu uF = uL UF , UL trùng nhau về Cách thức (giá trị không có biên độ U = U Điều chỉnh I tức F L t dòng điện thời) xung tần số fF = fL Điều chỉnh nrôto trong hệ thứ tự Thứ tự pha Thứ tự pha được kiểm thống pha giống nhau tra lần đầu sau khi lắp máy hoặc hoà đồng bộ góc lệch UF và UL Kiểm tra bằng ánh sáng pha trùng pha đèn hoặc cột đồng bộ  Ghép MF ĐB làm việc song song => hòa đồng bộ.  Có hai phương pháp hòa đồng bộ o Hòa đồng bộ chính xác. o Hòa đồng bộ không chính xác - tự đồng bộ
V. MĐĐB làm việc song song 5.2. Các phương pháp hoà đồng bộ chính xác a. Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu ánh sáng đèn  Dùng cho MF công suất nhỏ.  Có hai kiểu: • Kiểu nối tối.  F1 – làm việc. F2 – máy cần hòa đồng bộ.  Điều chỉnh đồng thời UF & fF của máy phát F2.  Kiểm tra điều kiện: UF = UL bằng Voltmet.  Tần số và thứ tự pha được kiểm tra bằng bộ đồng bộ với 3 đèn 1, 2, 3. • Kiểu ánh sáng đèn quay:
V. MĐĐB làm việc song song Dùng đèn tối sáng C 1 B UAL A UAF 2 UBF 1 3 UCL UBL 3 U MF MF CF Đang làm việc Cần hoà đồng bộ 2
V. MĐĐB làm việc song song Cách thức 1. Điều chỉnh UF = UL 2. Phải điều chỉnh cho thời gian đèn sáng - tắt chậm 3-5 3.giây Thứ tự pha (đã biết) 4. Lúc đèn tắt hẳn, đóng cầu dao hoà đồng bộ 2
V. MĐĐB làm việc song song Dùng ánh sáng đèn quay C B 1 A U AL UAF 2 1 3 UCL UBF 2 U B UCF BL C A MF MF 3
V. MĐĐB làm việc song song Cách thức 1. Điều chỉnh UF = UL 2. Các đèn lần lượt tắt, sáng và có ánh sáng đèn quay; điều chỉnh sao cho ánh sáng quay thật chậm 3. Đợi đèn 1 tắt, đèn 2, 3 sáng đều nhau thì đóng cầu dao hoà đồng bộ 2 2 2 3 1 1 3 1 3
V. MĐĐB làm việc song song 5.2. Các phương pháp hoà đồng bộ chính xác (tiếp) b. Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu điện từ o Dùng cột đồng bộ - bộ đồng bộ kiểu điện từ Cột đồng bộ o Dùng cho các MF công suất lớn o Cột đồng bộ gồm ba dụng cụ đo: F Chỉ fF ,fL  Voltmet có 2 kim: 1 kim chỉ UF, 1 chỉ UL  Tần số kế có 2 dãy phiến rung để chỉ tần V Chỉ UF,UL số của lưới fL và của máy phát fF  Một dụng cụ đo có kim quay với tần số: fF – fL. S Chỉ góc lệch pha o Thao tác phải tập trung, tránh nhầm lẫn gây ra các sự cố nghiêm trọng trong hệ thống
V. MĐĐB làm việc song song 5.3. Phương pháp hoà đồng bộ không chính xác Cách thực hiện: • Quay máy phát không được kích thích (UF = 0), • Dây quấn kích từ được nối tắt qua điện trở triệt từ đến tốc * Cột đồng bộ độ sai khác với tốc độ đồng bộ khoảng 2%. b) Hoà không chính xác (tự đồng bộ ) • Đóng cầu dao ghép máy phát vào lưới điện và kích thích cho máy phát điện. Do tương tác giữa t và ư sẽ sinh ra mômen đồng bộ Mđb và kéo MF vào làm việc đồng bộvào tốc độ đồng bộ 23 (fF = fL) –Chú ý: sử dụng trong trường hợp Ixg < 3.5Iđm.
V. MĐĐB làm việc song song 5.4. Điều chỉnh công suất P và công suất Q của MFĐĐB  Có hai trường hợp điển hình: o MF ĐB làm việc trong HTĐ có công suất vô cùng lớn với U, f = C o Chỉ có hai hoặc một vài MF có công suất tương tự làm việc song song. a. Điều chỉnh công suất tác dụng mE U mU 2 11 PPP o sin sin2 eu xd2 x q x d
V. MĐĐB làm việc song song 5.4. Điều chỉnh công suất P và công suất Q của MFĐĐB a. Điều chỉnh công suất tác dụng (tiếp) • P cân bằng với Pcơ trên trục • Muốn thay đổi P => thay đổi  bằng cách thay đổi Pcơ • P đạt max khi dP/d = 0
V. MĐĐB làm việc song song 5.4. Điều chỉnh P và Q của MFĐĐB (tiếp) a. Điều chỉnh công suất tác dụng P • Máy cực ẩn: o mUEo mm 90 & P xdb • Máy cực lồi: 22 ABA 8 mEo U 2 11 A ; B mU cosm 4B xd x q x d mE U mU 2 11 P o sin sin2 mm xd2 x q x d • Chú ý: máy chỉ làm việc ổn định tĩnh khi 0 0 • Thực tế:  Q thay đổi
V. MĐĐB làm việc song song Kết luận: Muốn điều chỉnh P(điện) thì phải điều chỉnh Pcơ (θ) Công suất chỉnh bộ dP mUE Pcb = = cos = f(θ) d Xd đặc trưng cho khả năng giữ cho MF làm việc đồng bộ. Tại θ = 0, P = 0, Pcb = max khả năng giữ đồng bộ là lớn nhất. θ = max, Pcb = 0 dễ mất đồng bộ nhất. Pmax Thực tế MFĐ làm việc với Pđm= (km - hệ số quá tải) k m
V. MĐĐB làm việc song song 5.4. Điều chỉnh P và Q của MFĐĐB (tiếp) a. Điều chỉnh công suất phản kháng Q MF làm việc với lưới công suất vô cùng lớn: U = const, f = const. Để điều chỉnh Q = mUIsinφ cần điều chỉnh Isinφ Điều chỉnh Q nhưng giữ P = const = mUIcosφ Icosφ = const. Xét MFĐĐB cực ẩn với tải điện cảm mUE b P = sin = const Esinθ= const j.X I X đb d E Tải điện cảm E = E - Eư = U + (Rư + jXư)I + jXư I U a a' = U + j(Xư + Xư)I + RưI θ I = U + jXđbI + RưI. j I.cosj = const R << X coi R = 0. ư đb ư b' E = U + jXđbI I nằm trên aa’  U E nằm trên bb’ U E.Sinθ = const
V. MĐĐB làm việc song song a. Điều chỉnh công suất phản kháng Q (tiếp) Điều chỉnh It E = var; U = const, I = var cos = var Isin = var Q = mUIsin = var Kết luận: muốn điều chỉnh Q cần phải điều chỉnh It Điều chỉnh Q khi: - Tải thay đổi. - Chế độ vận hành tải thay đổi. Tải cảm Tải dung E > U E Itđm It < Itđm MF làm việc ở chế độ quá MF làm việc ở chế độ thiếu kích từ kích từ MF phát P, phát Q. MF phát P, nhận Q Đặc tính V (xem sách GK)
Chương 4. Máy điện đồng bộ Nội dung I. Khái niệm chung về MĐĐB II. Từ trường trong MĐĐB III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng V. MĐĐB làm việc song song VI . ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ
VI. Động cơ ĐĐB và máy bù đồng bộ 5.1 Ứng dụng của động cơ điện đồng bộ So sánh động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ. Động cơ KĐB Động cơ ĐB Cấu tạo Đơn giản, giá thành hạ Phức tạp, giá thành đắt, cần nguồn một chiều cos Thấp (<1) Cao (có thể =1) Lấy Q từ nguồn Không cần Q từ nguồn Mômen ~ U2 (khả năng kéo tải ~ U kém hơn)  Thấp Cao Mở máy Đơn giản Phức tạp Điều chỉnh tốc độ f, p, U f
VI. Động cơ ĐĐB và máy bù đồng bộ 5.2 Các phương pháp mở máy ĐCĐĐB a. Mở máy theo phương pháp không đồng bộ – Áp dụng cho hầu hết các ĐC ĐB. – Máy cực lồi: có dây quấn mở máy => nếu lưới điện lớn có thể mở máy trực tiếp. – Máy cực ẩn: dòng cảm ứng ở mặt ngoài rotor gây nóng cục bộ => phải hạ điện áp khi mở máy bằng MBA tự ngẫu. – Quá trình mở máy: hai giai đoạn o (1): it = 0, dây quấn kích từ được nối tắt qua Rt – điện trở diệt từ (10  12 x rt ). Cấp điện cho stator, MKĐB kéo rotor quay và tăng tốc đến n1. o (2): n n1, cấp điện cho dây quấn kích từ. Lúc này, ngoài MKĐB  o s và Mgia tốc  ds/dt, còn có MĐB . Khi 0 <  < 180 thì MĐB & MKĐB kéo rotor vào tốc độ đồng bộ sau vài quá trình dao đông. b. Mở máy theo phương pháp hòa đồng bộ 68