MÁY ðIỆN - hcmut.edu.vntcbinh/File_2012/May_dien/TCB_Bai giang May … · ... Kỹ Thuật...

ĐH Bách khoa – ĐHQG Tp.HCM

PĐT, Mẫu 2008-ĐC Tr.1/5

Khoa : Điện – Điện Tử Bộ môn : Thiết Bị Điện ðề cương Môn học ðại học

MÁY ðIỆN (ELECTRICAL MACHINERY)

Mã số MH : 408003

- Số tín chỉ : 3 (3.1.4) TCHP: - Số tiết - Tổng: 60 LT: 45 BT: 15 TH: ĐA: BTL/TL: (Ghi chú rõ nếu có hình thức khác như TT ngoài trường, tham quan, ...

các môn này có thể dùng đơn vị "buổi", "tuần" thay cho số tiết – đính kèm dự trù chi tiết định mức chi phí thực hành TN đặc biệt là khi đi thực tập bên ngoài để dễ dàng cho xét duyệt kinh phí sau này)

- Đánh giá : Kiểm tra: 30% Kiểm tra Viết giữa kỳ 45 – 60 phút Thang điểm 10/10 Thi cuối kỳ: 70% Thi Viết cuối kỳ - 90' - Môn tiên quyết : - Biến đổi năng lượng điện cơ MS: 408001 - Môn học trước : - MS: - Môn song hành : - MS: - CTĐT ngành : Điện năng (Tham chiếu CTĐT ngành Điện- Điện Tử trường Đại Học

Illinois- Urbana Champaign ) - Trình độ : (khối kiến thức-KT)

Môn bắt buộc chuyên ngành Điện Năng, năm thứ 3.

- Ghi chú khác :

1. Mục tiêu của môn học:

Máy điện là môn học bắt buộc của sinh viên chuyên ngành Điện năng năm 3 hay môn tự chọn cho các chuyên ngành khác của ngành Điện – Điện tử. Mục tiêu của môn học nhằm cung cấp các kiến thức nền tảng về các thiết bị điện cơ. Sinh viên hoàn thành khóa học sẽ có khả năng giải thích và chứng minh trên cơ sở toán học các quá trình vận hành của các thiết bị điện cơ. Sinh viên cũng có thể nhận dạng được các loại máy điện có khả năng đáp ứng yêu cầu công việc, tuy nhiên, thiết kế chi tiết của các thiết bị điện cơ không thuộc nội dung môn học.

Aims:

This course is a undergraduate junior level core for power engineering and elective for other electrical engineering majors. The goals are to impart an understanding of electro-mechanics from theoretical base. The successful student will be able to explain how various electromechanical devices work, and justify the explanation mathematically. Further, the students should be able to conceive a device that is capable of meeting performance criteria, though detailed design is not part of the course.

2. Nội dung tóm tắt môn học:

Môn học cung cấp các kiến thức liên quan đến thiết bị biến đổi năng lượng điện cơ (nguyên lý, cấu tạo, ứng dụng, các phương pháp tính, cách xây dựng mô hình toán và mạch tương đương).

Máy biến áp lực (máy biến áp một và ba pha, máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp đo lường). Máy điện quay: Máy điện không đồng bộ (xây dựng và phân tích mạch tương đương, cách xác định các thông số mạch tương đương theo thí nghiệm, phân tích đặc tính moment,…), máy điện đồng bộ (xây dựng và phân tích mạch tương đương, điện kháng đồng bộ, các đặc tính vận hành, đặc tính góc

Đề cương MH : De cuong_MayDien_Nghiem thu.doc PĐT, Mẫu 2008-ĐC

Tr.2/5

tải ở điều kiện ổn định,…), máy điện một chiều (phản ứng phần ứng, vấn đề đổi chiều và giải pháp, phân tích dựa trên mạch điện và mạch từ, các đặc tính vận hành ở chế độ xác lập…), các loại động cơ công suất nhỏ.

Course outline: The course provides knowledge about basic principles of electro-mechanical conversion, theories of single- and three-phase transformers, auto-transformers, instrument transformers, principles of rotating electrical machines, induction machines (equivalent circuit, parameter determination, torque characteristic analysis, etc), synchronous machines (synchronous inductances, equivalent circuit, open and short-circuit characteristics, steady-state power angle characteristics, etc). DC machines (effects of amature MMF, commutator action, analytical fundamentals – electric circuit and magnetic circuit aspects, etc), low power motors.

3. Tài liệu học tập: (nên trong khoảng 3-5 đầu sách)

[1] Nguyễn Chu Hùng, Tôn Thất Cảnh Hưng, Kỹ Thuật Điện 1, Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, 2000.

[2] Nguyễn Hữu Phúc, Kỹ Thuật Điện 2, Máy Điện Quay, Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, 2003.

[3] A. E. Fitzgerald, C. Kingsley, and S. D. Umans, Electric Machinery, 6th ed., New York: McGraw-Hill, 2003.

[4] Chee Mung Ong, Electric Machinery Mathlab Simulation, Prentice Hall 1997.2. [5] P. Krause, D. Wasynczuk, and S. D. Sudhoff, Analysis of Electric Machinery, IEEE Press,

2002.

4. Các hiểu biết,các kỹ năng cần đạt được sau khi học môn học

1. Giải thích các nguyên lý cơ bản của quá trình biến đổi năng lượng điện cơ, tính toán và giải tích lực/moment trong trường từ, sự tương tác điện – từ thông qua lực lorentz, tính toán năng lượng của hệ thống trường từ một – hay nhiều nguồn kích thích; giải thích về từ trường quay trong hệ thống máy điện, ..v.v.

2. Phân tích, tính toán các biến trạng thái thuộc mô hình tĩnh của máy điện một chiều, xoay chiều. Tính toán các thông số vào và ra của hệ thống máy điện.

3. Giải thích và tính toán chế độ vận hành máy điện một cách hiệu quả nhất (hiệu suất cao), giúp sinh viên quan tâm nhiều hơn đến vấn đề tiết kiệm năng lượng, một vấn đề mang tính toàn cầu, từ đó góp phần làm giảm lượng khí thải CO2, và bảo vệ môi trường.

4. Giải thích và thiết kế được các mô hình động đơn giản (hoặc là các phương trình) bằng simulink của matlab, giúp sinh viên tiếp cận nhanh hơn các môn học chuyên ngành sau này.

5. Có khả năng nhận dạng được các loại máy điện, sự tương thích về tải cũng như yêu cầu công việc.

Bảng tương ứng chuẩn đầu ra của môn học và chuẩn đầu ra của chương trình đào tạo Chuẩn đầu ra của chương trình đào tạo

Chuẩn đầu ra môn học a b c d e f g h i j k 1 2 3 4 5


Tr.3/5

Learning outcomes: 1. Ability to explain Electromechanical Energy Conversion Principles, calculate and analyze

the forces and torques in magnetic field systems via the lorentz force law, energy in singly and multiply-excited magnetic field systems, magnetic fields in rotating machinery and so on.

2. Ability to analyze steady-state models of AC/DC machines, calculate the input/output parametters of AC/DC machines (b,e).

3. Ability to explain and calculate the operating regimes to improve productivity of electrical machines in terms of energy efficiency. So the students can understand about energy saving, how to reduce CO2. (j,h).

4. Ability to explain and design simulation of basically dynamic model (or equations) by matlab/simulink tools (k).

5. Ability to identify the kinds of electrical machine according to their loads or/and their applied fileds.

Program Outcomes

Course Objectives a b c d e f g h i j k 1 2 3 4 5

5. Hướng dẫn cách học - chi tiết cách đánh giá môn học:

Sinh viên nên tham dự giờ giảng trên lớp để nắm bắt vấn đề vì đây là môn học liên quan nhiều đến ứng dụng thực tế, nhiều khái niệm kỹ thuật mới. Bài tập về nhà cần được nộp khoảng 2 tuần sau khi đầu đề bài tập được công bố. Các cột điểm cho bài tập về nhà, và kiểm tra giữa kỳ sẽ được tổng hợp thành điểm kiểm tra (chiếm 30%), tỷ lệ giữa các phần do giảng viên công bố cho sinh viên ngay khi bắt đầu môn học. Thi cuối kỳ (chiếm 70%) sử dụng hình thức thi viết, với thời lượng 90 phút. Sinh viên chỉ cần đạt điểm tổng hợp là 5 trở lên thì xem như đạt môn học.

Learning Strategies & Assessment Scheme: Students should attend the lecture to easily understand and read the refferences because this subject is close to real application with a lot of new conceptions. Homework assignments are normally due in 2 weeks time, from the moment they are announced (posted on the web site). Homework assignment, and mid-term examination will be added together to make up the first mark (30%), and their weighting factors are to be fixed by the instructor and announced to the student right at the beginning of the course. Final examination (70%) will make use of writing format, lasting 90 minutes. A minimum final mark of 5 is required to pass the course.

6. Nội dung chi tiết::

Tuần Nội dung Tài liệu Ghi chú


Tr.4/5

4,5,6 CHƯƠNG 5: Máy điện đồng bộ 4.1 Tổng quan về máy điện đồng bộ 4.2 Điện kháng đồng bộ. Mạch điện tương đương 4.3 Các đặc tính không tải và ngắn mạch 4.4 Đặc tính công suất – góc máy đồng bộ trong trạng thái xác lập 4.5 Các đặc tính vận hành 4.6 Các điều kiện làm việc song song các máy phát điện đồng bộ 4.8 Vấn đề điều chỉnh công suất tác dụng, công suất phản kháng trong điều kiện máy phát làm việc với lưới điện vô cùng lớn 4.9 Vấn đề điều chỉnh công suất tác dụng, công suất phản kháng trong điều kiện máy phát làm việc với các máy phát khác có công suất tương đương 4.10 Động cơ đồng bộ : vấn đề mở máy; các đặc tính vận hành

[1-5] Nắm vững Vận dụng

1 CHƯƠNG 1 : Các nguyên lý của quá trình biến đổi điện cơ 1.1 Lực và moment trong hệ các mạch từ 1.2 Cân bằng năng lượng 1.3 Năng lượng và lực từ trong hệ một nguồn kích từ 1.4 Tính toán lực từ: Đồng năng lượng 1.5 Năng lượng và lực từ trong hệ nhiều nguồn kích từ 1.6 Lực và moment trong hệ các mạch từ có nam châm vĩnh cửu 1.7 Phương trình động lực 1.8 Các phương pháp giải tích

[1,2] Hiểu, Vận dụng

2 CHƯƠNG 2: Máy Biến áp 2.1 Giới thiệu về máy biến áp 2.2 Điều kiện không tải 2.3 Ảnh hưởng của dòng sơ cấp: Máy biến áp lý tưởng 2.4 Kháng trở và sơ đồ mạch tương đương 2.5 Các yếu tố kỹ thuật trong phân tích máy biến áp 2.6 Máy biết áp từ ngẫu: Máy biến áp nhiều cuộn dây 2.7 Máy biến áp ba pha 2.8 Máy biến điện áp và máy biến dòng

[1,2] Nắm vững Vận dụng

3 CHƯƠNG 3 : Các vấn đề cơ bản của máy điện quay 3.1 Khái niệm 3.2 Giới thiệu về máy điện một chiều và xoay chiều 3.3 Sức từ động dây quấn rải 3.4 Từ trường trong máy điện 3.5 Từ trường quay trong máy điện xoay chiều 3.6 Sức điện động cảm ứng 3.7 Moment trong máy điện cực từ ẩn 3.8 Máy điện tuyến tính 3.9 Hiện tượng bão hoà mạch từ 3.10 Từ thông tản

[1-5] Vận dụng Tổng hợp

7,8,9 CHƯƠNG 4 : Máy điện không đồng bộ 3 pha 5.1 Tổng quan về máy điện không đồng bộ 5.2 Dòng và từ thông trong máy điện không đồng bộ 5.3 Các phương trình cơ bản 5.4 Phân tích mạch tương đương 5.5 Phương trình tính moment và công suất dùng mạch Thevenin 5.6 Các thí nghiệm không tải và ngắn mạch 5.7 Mô phỏng máy điện không đồng bộ.



Tr.5/5

10,11 CHƯƠNG 6 : Máy điện một chiều 6.1 Tổng quan về máy điện một chiều 6.2 Sức từ động phản ứng phần ứng 6.3 Phân tích dựa trên mạch điện 6.4 Phân tích dựa trên mạch từ 6.5 Các đặc tính vận hành 6.6 Vấn đề đổi chiều và dây quấn cực từ phụ 6.7 Dây quấn bù 6.8 Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 6.9 Mô phỏng máy điện một chiều


12,13,14

CHƯƠNG 7: Các loại động cơ khác 7.1 Động cơ từ trở 7.1.1 Tổng quan 7.1.2 Cấu tạo các loại động cơ từ trở 7.1.3 Dạng sóng dòng cần thiết cho việc tạo moment quay 7.1.4 Các hệ truyền động dùng động cơ từ trở 7.1.5 Động cơ từ trở trong trường hợp mạch từ phi tuyến 7.2 Động cơ công suất nhỏ 7.2.1 Động cơ không đồng bộ một pha 7.2.2 Đặc tính mở máy và vận hành của động cơ không đồng bộ một pha và động cơ đồng bộ 7.2.3 Từ trường quay áp dụng cho động cơ không đồng bộ một pha 7.2.4 Máy điện 2 pha làm việc không đối xứng : phương pháp các thành phần đối xứng 7.2.5 Động cơ vạn năng 7.2.6 Động cơ bước 7.2.7 Động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu 7.2.8 Động cơ xoay chiều nam châm vĩnh cửu

[1-5] Hiểu, Vận dụng

Chương I: Các nguyên lý của quá trình biến đổi điện cơ TB

Slide Máy điện I.1

CHƯƠNG 1:

CÁC NGUYÊN LÝ CỦA QUÁ TRÌNH

BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ I. Các nguyên lí của quá trình biến đổi năng lượng điện cơ

I.1. Lực và moment trong hệ các mạch từ

Định luật Lorentz: ( )BvEqFrrrr

×+=

Nếu chỉ có từ trường: Bv.qFrrr

×=

Mà tIq .=

Nên ( )BlIFe

rrr×=

Tích có hướng

Br

Ir

eFr

Ir eF

r

Br

Ir

Fr

iy y

x

ix

iz

z

yxz iiirrr

×=

0



Biết I=10A, B=0,5T, R=0,1m, l=0,3m, α=30o. Tính lực điện từ Fe tác động lên mỗi thanh dẫn rotor? Tính moment tác động lên 2 thanh dẫn rotor?

mechfldelec WWW +=

mechfld dWdWdt.ei += mà dt

de

ψ= và xfW fldmech =

( )xfddWid fldfld +=ψ giả sử ffld=const

dxfiddW fldfld −= ψ

Br

Ir

eFr

Br

Ir

1eFr

α



I.2. Cân bằng năng lượng

Điện năng = Năng lượng từ trường + Cơ năng + Nhiệt năng

fldmechelec dWdWdW =−

I.3. Năng lượng và lực từ trong hệ một nguồn kích từ

dt

de

ψ=

ψiddWe =

i)x(L=ψ

dxfdW fldmech =

dxfiddW fldfld −= ψ

Với )x(Li

ψ=



(λ=ψ)

Nếu mạch từ tuyến tính, i)x(L=ψ , nên Wfld chỉ phụ thuộc vào ψ và x.

( ) ( ) ( ) ( )0fld

x,

0

fld

x,0

0

fld

x,

0

00fld x,Wdx,0Wdx,Wdx,W00000

ψψψψψ

∫∫∫ +==

Mà khi 0=ψ thì 0ffld = nên ( ) 0x,0dWfld =

⇒ ( ) 20

00 00

000fld )x(L

1

2

1d

)x(Ld)x,(ix,W

00

ψψψ

ψψψψψ

=== ∫∫

( ) 2o

o00fld )x(L

1

2

1x,W ψψ =

Có thể tính năng lượng tích lũy trong từ trường thông qua mật độ khối của

năng lượng từ trường theo thể tích V:

∫ ∫

=

V

B

0

fld dVHdBW0

Nếu mạch từ tuyến tính, HB µ= :

∫

=

V2fld dV

B

2

1W

µ



Tính Wfld khi piston dịch chuyển một đoạn x=0,01m? Biết N=1000 vòng, δ=0,002m=g+g, d=0,15m, l=0,1m, I=10A.

Với δµ δA

NL o2=

I.4. Tính toán lực từ: Đồng năng lượng

( ) dxfidx,dW fldfld −= ψψ Wfld tính theo ψ và x.

⇒ ( ) dxx

Wd

Wx,dW fldfld

fld ∂

∂+

∂

∂= ψ

ψψ

⇒ ψ∂∂

= fldWi và x

Wf fld

fld ∂

∂−=

Định nghĩa “đồng năng lượng” W’fld theo i và x:

( ) )x,(Wix,iW fld'fld ψψ −=

⇒ ( ) ( ) dxx

)x,i(Wdi

i

)x,i(W)x,(dWidx,idW

'fld

'fld

fld'fld ∂

∂+

∂

∂=−= ψψ

Trong đó:

( ) diidid ψψψ +=

mà dxfid)x,(dW fldfld +−=− ψψ

⇒ dxx

)x,i(Wdi

i

)x,i(Wdxfdi

'fld

'fld

fld ∂

∂+

∂

∂=+ψ



⇒ i

)x,i(W 'fld

∂∂

=ψ và x

)x,i(Wf

'fld

fld ∂

∂=

Moment: θθ

∂

∂=

),i(Wt

'fld

e

Với hệ thống tuyến tính, có thể tính đồng năng lượng:

200

i

0

0

i

0

000'fld i)x(L

2

1idi)x(Ldi)x,i()x,i(W

00

=== ∫∫ψ

⇒ 2'

fld i)x(L2

1W =

Khi mạch từ tuyến tính, ψ và i tỷ lệ:

∫ ∫

=

V

H

0

'fld dVBdHW

0

Nếu mạch từ tuyến tính, HB µ= :

∫

=V

2'fld dVH

2

1W µ

Chú ý, theo định nghĩa: iWW 'fldfld ψ=+ , kể cả khi mạch từ không tuyến tính.

(λ=ψ)



Ví dụ: Tính lực tác động lên piston ffld theo Wfld và W’fld khi piston dịch chuyển một đoạn x=0,01m? Biết N=1000 vòng, δ=0,002m=g+g, d=0,15m, l=0,1m, I=10A.

x

Wf fld

fld ∂

∂−= ( ) 2

oo

00fld )x(L

1

2

1x,W ψψ =

x

)x,i(Wf

'fld

fld ∂

∂=

2'fld i)x(L

2

1W =

Ví dụ: Tính lực tác động lên nắp mạch từ biết N = 100 vòng?

Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän Ñaïi Cöông TCBinh

Chöông 3: Maùy bieán aùp 1

Chöông 2:

MAÙY BIEÁN AÙP I. Giới thiệu về máy biến áp

MBA moät pha: V1ñm, V2ñm = V20, I1ñm, I2ñm, Sñm = V2ñm.I2ñm≈ V1ñm.I1ñm[VA]



MBA bapha: Vñm daây, Iñm daây, Sñm = 3V2ñm.I2ñm≈

3 V1ñm.I1ñm[VA] Maùy bieán aùp laø thieát bò ñieän töø tónh laøm nhieäm vuï truyeàn taûi hoaëc phaân phoái naêng löôïng. Goàm cuoän daây sô caáp noái nguoàn ñieän vaø cuoän daây caûm öùng noái taûi laø cuoän thöù caáp. Kyù hieäu:



II. Chế độ không tải

i1

v1 N1 N2

i2

v2 Zt

ϕ



Ví dụ: Biết Pc =16W, (VI)rms=20VA, V=194Vrms. Tính cos θθθθc, Iϕϕϕϕ,

Im?



ϕ 1I&

1U& N1 N2

0I2 =&

2E& 2U&

1E&

III. Ảnh hưởng của dòng sơ cấp; Máy biến áp lý tưởng



Ví dụ: Cho mạch tương đương của một máy biến áp lý tưởng như hình sau:



Trở kháng cuộn thứ cấp R2+jX2 = 1+j4Ω. N1/N2=5:1. a) Vẽ mạch tương đương quy về sơ cấp. b) Cấp điện áp vào cuộn sơ cấp 120Vrms, nối tắt A-B, tính dòng điện sơ cấp và

dòng điện qua điểm ngắn mạch? c) Tính lại nếu R2+jX2 = 0,02+j0,97Ω.

IV. Kháng trở và sơ đồ mạch tương đương

i1

u1 N1 N2

i2

u2 Zt

φ



Ví dụ: Cho máy biến áp: 2400:240V, 50Hz. R1+jX1 = 0,72+j0,92Ω R2+jX2 = 0,007+j0,009Ω Rc//jXm = 6,32+j43,7Ω Vẽ mạch tương đương

a) Quy về cao áp? b) Quy về hạ áp?

Nếu cấp điện 2400V vào cuộn sơ cấp, tính dòng điện qua nhánh từ hóa?

V. Các yếu tố kỹ thuật trong phân tích máy biến áp



Ví dụ: Cho máy biến áp: 2400:240V, 50Hz. R1+jX1 = 0,72+j0,92Ω R2+jX2 = 0,007+j0,009Ω Rc//jXm = 6,32+j43,7Ω

Nếu cấp điện 2400V vào cuộn sơ cấp: a) Vẽ mạch tương đương quy về sơ cấp? b) Tính điện áp thứ cấp khi hở mạch (trị phức)? c) Vẽ mạch tương đương gần đúng, tính Req và Xeq?

Ví dụ: Cho máy biến áp: 50-kVA, 2400:240V, 50Hz. R1+jX1 = 0,72+j0,92Ω R2+jX2 = 0,007+j0,009Ω Rc//jXm = 6,32+j43,7Ω

Trở kháng đường dây trước biến thế là Zs = 0,30+j1,60Ω. Biết điện áp ở trước đường dây cấp nguồn cho biến thế là 2400V. Biến thế nối tải định mức có hệ số công suất bằng 0,8 (chậm pha). Bỏ qua sụt áp do nhánh từ hóa trên biến thế và đường dây. Tính điện áp trên cuộn dây thứ cấp?

/10

Ví dụ: Tính lại câu trên nếu tải có cosθθθθ=0,8 (nhanh pha)?



Thí nghiệm ngắn mạch:

Để máy biến áp có Un nhỏ thì phải như thế nào? Isc khi đó ra sao? Thí nghiệm hở mạch: Thí nghiệm không tải có thể cấp điện áp định mức cho phía cao áp hay hạ áp sao cho thuận tiện nhất.



Ví dụ: Cho máy biến áp: 50kVA, 2400:240V, 50Hz. Thí nghiệm ngắn mạch: với điện áp (sơ cấp) 48V, đo được dòng điện ngắn mạch (sơ cấp) là 20,8A và công suất ngắn mạch là 617W. Thí nghiệm không tải: điện áp hở mạch (thứ cấp) là 240V, dòng không tải (sơ cấp) là 5,41A, công suất hở mạch là 186W. a) Tính hiệu suất của biến thế khi làm việc đầy tải, tải có hệ số công suất 0,8 (chậm pha)? b) Tính các thông số của máy biến áp (quy về sơ cấp)? c) Tính Độ ổn định điện áp ở định mức?

100.V

VVregulationvoltage%

load2

load2load_no2 −=

d) Tính hiệu suất của biến thế khi làm việc ở xx% tải, biết tải có hệ số công suất 0,8 (chậm pha) theo 2 cách?

Với xx = (MSSV.499T0279+100)/2 Biến áp 3 pha, ∆/Y, 15kV/380V.



Ví dụ: Cho máy biến áp: 50kVA, 2400:240V, 50Hz. Tính lại độ ổn định điện áp cho ví dụ trên khi đầy tải 50kW với tải có hệ số công suất đơn vị?

Giaûn ñoà naêng löôïng cuûa maùy bieán aùp

Heä soá taûi cuûa maùy bieán aùp

dm1

1

dm2

2

I

I

I

I≈=β

Khi β = 1 - taûi ñònh möùc; β < 1 - non taûi; β > 1 - quaù taûi.

Hieäu suaát cuûa maùy bieán aùp

1

2

P

P=η hoaëc 100

P

P%

1

2=η

S1=P1+ jQ1

Sđt=Pđt+jQđt

S2= P2+jQ2

pCu2 + jq2

pCu1+ jq1

pFe+jqm



0

-U’2

ReqĐ1

a

b

c

θ

U1dm

XeqĐ1

ZeqĐ1

Đ’2 = -Đ1

CuFe2

2

1

2

PPP

P

P

P

++==η

P2 = U2I2 cosθ = β.Sñmcosθ PFe ≈ P0 (TN khoâng taûi vôùi: U1ñm) PCu = I1

2R1 + I22R2 = I1

2(R1+R’2) = I1

2Req = β2Pn. (TN ngaén maïch vôùi: I1ñm)

⇒ n

20dm

dm

P.Pcos.S.

cos.S.

βθβθβ

η++

=

neáu cosθ khoâng ñoåi thì hieäu suaát seõ cöïc ñaïi khi: βη

d

d = 0 ⇔ β2.Pn = P0

Heä soá taûi öùng vôùi hieäu suaát cöïc ñaïi laø: β = P0Pn

Với Po là công suất không tải ở điện áp định mức Và Pn là công suất ngắn mạch ở dòng điện định mức.

Ñoä thay ñoåi ñieän aùp cuûa maùy bieán aùp U1 = Uñm = const U2 = U20 = U2ñm Khi maùy bieán aùp ôû cheá ñoä taûi thì U2 < U2ñm vaø phuï thuoäc vaøo taûi do ñieän aùp rôi treân daây quaán sô caáp vaø thöù caáp. Ñoä bieán thieân ñieän aùp thöù caáp ∆U2 laø: ∆U2 = U2ñm – U2

Ñoä bieán thieân ñieän aùp thöù caáp phaàn traêm: 100.U

UU%U

dm2

2dm22

−=∆

Hay 100.U

UU100.

U.k

U.kU.k%U

dm1

'2dm1

dm2

2dm22

−=

−=∆

( ) ( )θθβ

θθβsin%.Ucos%.U

U

sin.Ucos.U%U eqxeqr

dm1

eqxeqr2 +=

+=∆

Löu yù: sin θ > 0 khi doøng ñieän chaäm pha (taûi caûm) sin θ < 0 khi doøng ñieän sôùm pha (taûi dung)

100U

IX100

U

U%U%U

100U

IR100

U

U%U%U

IZUUU

IXUU

IRUU

dm1

dm1eq

dm1

eqxeqxnx

dm1

dm1eq

dm1

eqreqrnr

dm1eqeqscn

dm1eqeqxnx

dm1eqeqrnr

===

===

===

==

==



⇒ ∆U2% phuï thuoäc vaøo heä soá taûi vaø tính chaát cuûa taûi. Töø ∆U2% ta tính ñöôïc ñieän aùp thöù caáùp U2 theo coâng thöùc:

∆−=∆−=

100

%U1UUUU 2

dm22dm22

Ví dụ: Cho máy biến áp: 50kVA, 2400:240V, 50Hz. Thí nghiệm ngắn mạch: với điện áp (sơ cấp) 48V, đo được dòng điện ngắn mạch (sơ cấp) là 20,8A và công suất ngắn mạch là 617W. Thí nghiệm không tải: điện áp hở mạch (thứ cấp) là 240V, dòng không tải (sơ cấp) là 5,41A, công suất hở mạch là 186W. _ Tính hiệu suất và độ thay đổi điện áp của biến thế khi làm việc: + 100% tải, tải có hệ số công suất 0,8 (nhanh pha)? + 50% tải, tải có hệ số công suất 0,8 (nhanh pha)? _ Tính hiệu suất cực đại, tải và hệ số tải khi đó, biết tải có hệ số công suất 0,8 (nhanh pha)?

VI. Máy biết áp từ ngẫu; Máy biến áp nhiều cuộn dây

VI.1. Máy biết áp từ ngẫu Không cách ly. Từ tản nhỏ, ít tổn hao, dòng không tải nhỏ, rẻ tiền, có thể làm ổn áp. Tỷ lệ xấp xỉ 1:1.

Ví dụ: Cho máy biến áp 2 cuộn dây: 50kVA, 2400:240V, 50Hz.

U2

U20

R

L

C

β



Biến áp trên làm biến áp từ ngẫu, với ab làm cuộn 240V và bc làm cuộn 2400V.

a. Tính điện áp ab và ac? b. Tính công suất biểu kiến định mức [kVA] và dòng điện định mức? c. Tính hiệu suất khi cấp điện cho tải định mức có HSCS=0,8 chậm pha? Biết

R1+jX1 = 0,72+j0,92Ω R2+jX2 = 0,007+j0,009Ω Rc//jXm = 6,32+j43,7Ω

Ví dụ: Cho máy biến áp: 450kVA, 460:7970V với hiệu suất 98,7% khi cấp điện cho tải định mức có HSCS=1. Nếu dùng biến áp trên là biến áp từ ngẫu 7970:8430V. Tính công suất biểu kiến định mức [kVA], dòng điện định mức và hiệu suất khi cấp điện cho tải định mức có HSCS=1?

VI.2. Máy biến áp nhiều cuộn dây



T1

TRANSFORMER

3

6

5

1

18

17

12

15

14

11

7

8

9

13

10

16

VII. Máy biến áp ba pha

Tỷ số máy biến áp 1

2

2

1

2

1

I

I

V

V

N

Nak ≈≈==



Y/Y

Có thể thay thế cuộn ∆ bằng cuộn Y với điều kiện:



I03A = I03m sin3(ωt) I03B = I03m sin3(ωt – 2π/3) = I03m sin3(ωt) I03C = I03m sin3(ωt + 2π/3) = I03m sin3(ωt) Hài bậc 3 của ba pha cùng pha.



a) Máy biến áp ba pha nối Y/Y riêng biệt, không tồn tại dòng bậc ba phía sơ cấp =>từ thông vạt đầu do hài bậc ba=> điện áp thứ cấp bị nhọn đầu => hạn chế sử dụng.

b) Máy biến áp ba pha 3 trụ nối Y/Y, không tồn tại dòng bậc ba phía sơ cấp, nhưng từ thông cũng không có hài bậc ba do không thể khép mạch từ trụ này qua trụ khác, song có thể khép mạch ra không khí hay dầu biến áp, gây tổn hao, nên cũng không dùng cho biến thế công suất lớn.

c) Máy biến áp ba pha nối ∆/Y, tồn tại dòng bậc ba khép kín phía sơ cấp => dòng điện sơ cấp nhọn đầu =>từ thông dạng sin=> điện áp thứ cấp dạng sin chuẩn => thường sử dụng.

d) Máy biến áp ba pha nối Y/∆, không tồn tại dòng bậc ba khép kín phía sơ cấp =>từ thông hài bậc ba Φ3Y=> từ thông bậc ba tạo điện áp cảm ứng thứ cấp e23=> hạn chế sử dụng chậm pha 90o so với Φ3Y. e23 tạo ra i23 khép kín phía thứ cấp chậm pha hơn 90o, sinh ra từ thông bậc ba Φ3∆, ngược pha và triệt tiêu với Φ3Y. Φ3 = Φ3Y + Φ3∆ ≈ 0. => từ thông không bị vạt đầu => điện áp thứ cấp dạng sin chuẩn=> thường sử dụng.



Ví dụ: Cho ba máy biến một pha, 50kVA, 2400:240V, 50Hz, R1+jX1 = 0,72+j0,92Ω R2+jX2 = 0,007+j0,009Ω Rc//jXm = 6,32+j43,7Ω

nối Y/∆ thành biến áp ba pha 150kVA. Trở kháng đường dây trước biến thế là 0,15+j100Ω/pha. Điện áp dây cấp vào sơ cấp biến áp là 4160V. Trở kháng đường dây trước sau biến thế là 0,0005+j0,0020Ω/pha. Tính điện áp dây trên tải khi biến áp làm việc với dòng điện định mức và tải có HSCS=0,8 chậm pha.

Ví dụ: Tính lại ví dụ trên nếu biến thế nối Y/Y.

Ví dụ 2.9: Cho biến thế như ví dụ trên, nối ∆/∆, được cấp điện áp dây 2400V thông qua điện cảm 0,8Ω. Biến thế này kết nối tới cuộn thứ cấp biến thế khác nối Y/∆ 500kVA, 24kV:2400V. Tổng trở tương đương quy về phía 2400V của biến thế này là 0,17+j0,92Ω/pha. Điện áp cấp vào cuộn sơ cấp của biến thế trước là 24kV. Nếu xảy ra ngắn mạch ở phía 240V. Tính dòng điện xác lập của sơ cấp và thứ cấp của 2 biến thế. VIII. Maùy bieán aùp laøm vieäc song song

Ñieàu kieän để máy biến áp làm việc song song: • Cùng tổ đấu dây. • Cùng tỷ số máy biến áp (để tránh dòng cân bằng trong các MBA – SV xem

tài liệu tham khảo). • Cùng điện áp ngắn mạch (để chia tải đều cho 2 MBA).

Có Z = Zeq(1) // Zeq(2). Và ZIU =∆

Mà )1(eq

)1( Z

UI

∆= và

)2(eq)2( Z

UI

∆=

Nên )1(n)1(sc)1(eq)1(đm)1(đm

)1()1( U

U

U

U

ZI

U

I

I ∆=

∆=

∆==β

⇒ %U

%U

U

U

)1(sc

)2(sc

)1(sc

)2(sc

)2(

)1( ==β

β

MBA naøo coù ñieän aùp ngaén maïch nhoû hôn seõ chòu taûi lôùn hôn.

Req(2) Xeq(2)

Z’

1U& '

2U&

Đ(2)

Req(1) Xeq(1)

Đ(1) Đ



IX. Máy biến điện áp và máy biến dòng

Máy biến áp (TU):



A x

U1

U2

A X

(Bieán aùp laøm vieäc ôû cheá ñoä hôû maïch)

Toång trôû cuûa cuoän daây sô caáp Z1 cuûa maùy bieán aùp caøng nhoû caøng chính xaùc. Giaûm goùc leäch pha baèng caùch giaûm R1. Máy biến dòng (CT, TI):

I2

I1

(Bieán aùp laøm vieäc ôû cheá ñoä ngaén maïch)

Toång trôû maïch töø Zm cuûa bieán aùp caøng lôùn (goùc leäch pha caøng nhoû) caøng chính xaùc. Toång trôû cuûa caùc cuoän daây Zn cuûa maùy bieán aùp caøng nhoû caøng chính xaùc. Giaûm goùc leäch pha baèng caùch taêng Zm.

Ví dụ 2.10: Biến áp 2400:120V, 60Hz, có thông số quy về 2400V là:

R1+jX1 = 128+j143Ω R’2+jX’2 = 141+j164Ω Rc//jXm = j163kΩ

a) Cấp vào 2400V, ngõ ra hở mạch, tính biên độ và góc lệch pha của điện áp thứ cấp.

b) Để sai số biên độ điện áp nhỏ hơn 0,5%. Tính Zb=Rb nhỏ nhất?

Φ&

Đ0

δv

2U&−

1E&−

1U&

22 EU && =

Đ2

-Đ’2 Đ1

δi



c) Để sai số góc pha điện áp nhỏ hơn 1 độ. Tính Zb=Rb nhỏ nhất?

Bài tập 2.8: Tính lại câu trên nếu Zb=jXb.

Ví dụ 2.11: Biến dòng 800:5A, 60Hz, có thông số quy về 800A là: R1+jX1 = 10,3+j44,8µΩ R’2+jX’2 = 9,6+j54,3µΩ Rc//jXm = j17,7mΩ

Cấp vào 800A, tải Rb=2,5Ω. Tính biên độ và góc pha của dòng điện hạ thế?

Bài tập 2.9: Thông số như câu trên: tính giá trị Zb=jXb lớn nhất sao cho khi ngõ vào 800A và dòng thứ cấp lớn hơn 4,95A (sai số 1%).

Bài tập 1: Máy biến áp 1 pha có công suất định mức Sđm = 5 kVA, tần số định mức fđm = 50 Hz, điện áp định mức U1đm/U2đm = 220/110 V. Có các thông số R1=0,10 Ω, X1=0,50 Ω, '

2R =0,12 Ω, '2X =0,40 Ω. Khi máy biến áp được nối

với tải định mức, cosϕ2 = 0,8 (tải cảm). a. Tính độ thay đổi điện áp ∆U2% b. Tính điện áp ngõ ra U2

Bài tập 2: Máy biến áp 1 pha có công suất định mức Sđm = 5 kVA, tần số định mức fđm = 50 Hz, điện áp định mức U1đm/U2đm = 220/110 V. Mạch tương đương hình Γ (như hình vẽ) có các thông số Rc=600Ω, Xm=50Ω, R1=0,10 Ω, X1=0,50 Ω, '

2R =0,12 Ω, '2X =0,40 Ω. Khi máy biến áp được nối với tải định mức, cosϕ2

= 0,8 (tải cảm).

a. Tính độ thay đổi điện áp ∆U2% b. Tính điện áp ngõ ra U2 c. Tính dòng điện I1 khi máy biến áp đạt hiệu suất cực đại ηmax, tính ηmax. d. Tính công suất biểu kiến của tải khi máy biến áp đạt hiệu suất cực đại.

R1 R’2 X’

2

X1

Z’L

'2U&

Xm

Rc

1U&



Bài tập 3: Máy biến áp 3 pha Y/Y-12, 180kVA, U1/U2=6000/400V, Io%=6, Po=1000W, Un%=5,5, Pn=4000W. a. Vẽ mạch tương đương của MBA? Tính điện trở của một cuộn dây thứ

cấp? b. Tính hiệu suất ở định mức (với tải có HSCS=1)? c. Khi MBA làm việc ở 70% tải có HSCS=0,8 nhanh pha. Tính hiệu suất, độ

biến thiên và độ thay đổi điện áp? d. Tính hiệu suất cực đại của MBA khi cấp điện cho tải có HSCS=0,8 chậm

pha? Bài tập 4: Cho MBA 30kVA, 6000/230V, điện trở R1=10Ω và R2=0,016Ω. Điện kháng MBA nhìn từ phía sơ cấp là 34Ω.

a. Điện áp ngắn mạch? b. Tính dòng điện Isc khi biến áp bị ngắn mạch ngõ ra?

Khi MBA mang tải có HSCS=0,8 chậm pha. Tính c. Hiệu suất cực đại? d. Độ thay đổi điện áp? e. Điện áp trên tải?

Bài tập 5: MBA 12KVA, 220/440V, 50Hz. TN ko tải: 220V, 2A, 165W. TN ngắn mạch thứ cấp: 12V, 15A, 60W.

a. Vẽ mạch tương đương quy về sơ cấp. b. Dùng mạch tương đương (chính xác) tính điện áp trên tải có hệ số tải

70% và HSCS=0,8 chậm pha.Tính hiệu suất MBA khi đó? Bài tập 6: MBA 125KVA, 2000/400V, 50Hz. TN ko tải: 2000V, 1A, 50W. TN ngắn mạch thứ cấp: 13V, 200A, 750W. MBA cấp điện cho tải có HSCS=0,8 chậm pha.

a. Tính hiệu suất định mức của MBA? b. Tính hiệu suất cực đại của MBA.

Biết hệ số tải 70%:

c. Tính điện áp trên tải? d. Tính hiệu suất của MBA?



Bài tập 7: Cho MBA 1 pha, 8,66kV/220V, 50Hz,

a) Tính các thông số của máy biến áp (quy về sơ cấp)? b) Tính độ ổn định điện áp ở định mức?

100.V

VVregulationvoltage%

load2

load2load_no2 −=

c) MBA cấp điện cho tải có hệ số công suất bằng 1. Tính hiệu suất ở nửa tải và đầy tải; và tính hiệu suất cực đại?

MBA cấp điện cho tải có HSCS=0,8 chậm pha và có hệ số tải 70%: d) Tính hiệu suất của biến áp? e) Tính độ thay đổi điện áp và điện áp trên tải?

Bài tập 8: Cho MBA 3 pha, ∆/Y, 15kV/380V, 50Hz. Tính như câu trên!

Bài giảng Máy Điện TB

Hình vẽ Chương 4: Máy điện không đồng bộ 1

Chương 4: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

I. Giới thiệu máy điện quay AC

I.1. Máy điện không đồng bộ



I.2. Sức từ động của dây quấn rải

Với dòng điện một chiều cấp vào cuộn dây, sức từ động trên khe hở kk là: 2

NiFa =

Họa tần bậc 1 của sức từ động theo không gian: θπ

cos2

Ni4F 1a

=

Dây quấn rải, có họa tần bậc 1 của sức từ động: ( )θπ

cos2

iNk

4F aph

dq1a

=

Dây quấn rải, nhiều cặp cực=P, có họa tần bậc 1: ( )θπ

PcosP2

iNk

4F aph

dq1a

=



Ví dụ 4.1: Cho máy điện như hình trên, stator pha a có: 2 cực 8 vòng/khe, mang dòng điện ia. Có tất cả 24 khe quấn dây, trong đó pha a ở vị trí 8 khe: θa=67,5o, 82,5o, 97,5o, 112,5o và =-112,5o, -97,5o, -82,5o, -67,5o,

a) Viết phương trình tính sức từ động theo trục của cuộn dây quấn theo khe 112,5o và -67,5o?

b) Viết phương trình tính sức từ động theo trục của cuộn dây quấn theo khe -112,5o và 67,5o?

c) Viết phương trình tính vector không gian của sức từ động tổng theo trục của pha a?

d) Tính hệ số ghép dây quấn kdq? e) Tính lại kdq nếu 4 khe bên ngoài biên của pha a chỉ có 6 vòng dây?

Sức từ động phía rotor: ( )rrr

r1r PcosP2

iNk

4F θ

π

=



I.3. Từ trường trong máy điện quay

δF

g

FH ==

( )θδπ

PcosP2

iNk

4H aph

dq1a

=

Ví dụ 4.2a: Cho máy điện có rotor 4 cực, dây quấn rải, 263 vòng/pha, hệ số dây quấn 0,935, khe hở kk 0,7mm. Tính biện độ dòng điện cần cung cấp để tạo ra biên độ từ trường 1,6T trong khe hở kk? Ví dụ 4.2b: Cho máy điện có rotor 2 cực, dây quấn rải, 830 vòng/pha, khe hở kk 2,2cm. Từ trường được tạo ra bởi dòng điện có biện độ 47A, và từ trường đo được trong khe hở kk là 1,35T? Tính hệ số dây quấn rotor kr?



I.4. Sức từ động trong máy điện xoay chiều

( )θπ

PcosP2

iNk

4F aph

dq1a

=

Nếu cấp vào cuộn dây dòng điện xoay chiều: ia=Imcos(ωet), sức từ động theo

không gian và thời gian: ( ) ( )tcosPcosFF em1a ωθ= Với P2

INk

4F mph

dqm π=

Với θθ Pe =

( ) ( )tcoscosFF eem1a ωθ=

( ) ( )[ ]tcostcos2

FF eeee

m1a ωθωθ ++−=

( )tcosF2

1F eem1a ωθ −=+

( )tcosF2

1F eem1a ωθ +=−

là 2 vector quay ngược chiều nhau với tốc độ ωe theo thời gian.



Nhiều pha:

( )tcosF2

1F eem1a ωθ −=+

( )tcosF2

1F eem1a ωθ +=−

( )tcosF2

1F eem1b ωθ −=+

( )0eem1b 120tcosF

2

1F ++=− ωθ

( )tcosF2

1F eem1c ωθ −=+

( )0eem1c 120tcosF

2

1F −+=− ωθ

⇒ ( ) ( )tcosF2

3t,F eem ωθθ −=

hay ( ) ( )tPPcosF2

3t,F m ωθθ −=

Sức từ động tổng quay với vận tốc góc: P

em

ωωω ==

Vận tốc quay của từ trường: P

f60

P

f2

2

60

260n m ===

πππ

ω (vòng/phút=r/min=RPM)

Ví dụ 4.3: Tính tốc độ quay (vòng/phút) của từ trường cho máy điện 3 pha 50Hz có số cáp cực là 1, 2, 3?

ia(t) =Im cos(ωet) ib(t) = Im cos(ωet – 120

0) ic(t) = Im cos(ωet + 120

0)



Phân tích hình học:

I.5. Sức điện động cảm ứng trong máy điện xoay chiều

( ) ( )rmrrr

f0

0 PcosBPcosP2

iNk

4HB θθ

πδµ

µ =

==

( ) lrBP

2rdPcosBl mrr

P/2

P/2

m ==Φ ∫−

θθπ

π

( )θλ PcosNk phdqa Φ=

( )tPcosNk phdqa ωλ Φ=



( )tcosNk ephdqa ωλ Φ=

( )tsinNkdt

de eephdq

a ωωλ

Φ−==

Φ=Φ= phdqephdqm Nk.f2NkE πω

Φ≈Φ= phdqphdq Nk.f44,4fNk2E π

Ví dụ 4.4: Máy phát 3 pha, nối Y, 50Hz:

Rotor quay 3000RPM, dòng kích từ rotor If = 720Adc. Tính

a) Sức từ động cực đại Fm? b) Cường độ từ trường Bm trong khe hở kk? c) Từ thông Φm dưới mỗi cực từ? d) Sức điện động cảm ứng hở mạch phía stator?

I.5. Hiện tượng bảo hòa mạch từ và từ thông tản Phần này sinh viên tự đọc tài liệu.

Hiện tượng bảo hòa mạch từ



Từ thông tản



II. Nguyên lý hoạt động máy điện không đồng bộ (KĐB) 3 pha

II.1. Cấu tạo

Ñoäng cô KÑB: Toác ñoä rotor # toác ñoä töø tröôøng quay. Deã saûn xuaát, giaù thaønh reû, deã vaän haønh, khoâng baûo trì. > 2HP (1500W) hay 3HP (2250W): 3 pha.

Stator: ba cuoän daây noái Y hay ∆∆∆∆, laù theùp kyõ thuaät ñieän.



Stator cực từ ẩn Stator cực từ lồi

A

B

C

N

A

N



Rotor: raõnh nghieâng (traùnh dao ñoäng, khoùa raêng stator) Loàng soùc (ñôn giaûn, deã cheá taïo, beàn, khoâng baûo trì, ...) Daây quaán (luoân ñaáu Y, coù vaønh tröôït, choåi than ñeå môû maùy. Thông thường số cực của rotor bằng với số cực stator )

Rotor dây quấn Rotor lồng sóc

Force

Brotating

Ir

Ring

Rotor bar ω



II.2. Từ trường quay

Xeùt khi p = 2, moãi chu kyø (3600) thì töø tröôøng quay ½ voøng.

A

N



A

B

C

N



Stator 3 pha, 4 cực, mối pha có 2 cuộn dây.



II.3. Nguyên lý làm việc isa (t)= Im. cos(ωet) isb (t)= Im. cos(ωet – 120o) isc (t)= Im. cos(ωet – 240o)

[ ]000 240jsc

120jsb

0jsas e)t(ie)t(ie)t(i

3

2)t(i ++=

r

P

f60

P

f2

2

60

260n s

s ===π

ππω

P

f60n s = (voøng/phuùt)

P

f2s

πω =

Định luật Bio-Savart: Định luật Faraday:

( )BlIFe

rrr×= ( )l.Bve

rrr×=

Re

Im β

α A

B

C

o0je

o120je

o240je

sair

3

2

sbir

3

2

scir

3

2

sir

usa

ωs

rotor

stator

Pha A

Pha B

Pha C isc

isa

isb



P

f60n s = (voøng/phuùt)

P

f2s

πω =

Br

vr

er

Br

Ir

Fr

Force

Brotating

Ir

Ring

Rotor bar ω



A

B

C

N



Số cực của rotor dây quấn bằng với số cực của stator.

Dây quấn rotor nối Y.

Nối thêm biến trở cho ba cuộn dây rotor để mở máy hay điều khiển tốc độ.



Khi töø tröôøng quay sinh doøng ñieän caûm öùng trong thanh daãn (cuoän daây) rotor. Doøng ñieän trong töø tröôøng sinh ra löïc töø keùo rotor quay theo quy taéc baøn tay traùi.

Toác ñoä rotor n < n1 ñeå coøn toàn taïi doøng ñieän caûm öùng: khoâng ñoàng boä.

Ñoä tröôït: ss

s

n

n1

n

nns −=

−= (< 10%)

Hay ( ) sns1n −= ( ) sm s1 ωω −=

Vôùi p =1: ns = f (voøng /sec) Toác ñoä tröôït nr = ns – n = sns fr = sf (Hz) (ñaây chính laø taàn soá doøng ñieän beân trong rotor) Moment: rr sinKIT δ−= Ir là dòng điện rotor δr là góc hợp bởi sức từ động rotor và sức từ động khe hở không khí.

II.4. Dòng điện rotor

( )ro

r 90 φδ +−= với rφ là hệ số công suất của rotor.



II.5. Thông số động cơ KĐB

Coâng suaát cô höõu ích treân truïc Pñm (W, kW, HP ≈ 745.7W) Ñieän aùp daây stator U1ñm (V, kV) Doøng ñieän daây stator I1ñm (A) Taàn soá doøng ñieän stator f (Hz) Toác ñoä quay roâtor nñm (voøng/phuùt) Heä soá coâng suaát cosθñm Hieäu suaát ηñm. Cấp chịu nhiệt. Cấp bảo vệ (IP).



III. Mạch tương đương

Ir = Irs do sức từ động không đổi khi rotor quay hay đứng yên.

sI&

jXs

sE&

sU&

Stator

Rr jXr

rE&

Rotor đứng yên

lock_rI&

Rs sI&

jXs

sE&

sU&

Stator với dòng từ hoá

mI&

jXm

s

Rk r2

jk2Xr

rEk &

k

I r&

Rotor quy về stator

Rs sI&

jXs

sE&

sU&


mI&

jXm

s

R 'r

jX’r

'rE&

'rI&


Rs sI&

jXs

sE&

sU&


mI&

jXm

s

R r jXr

rE&

rI&

Rotor quay quy về đứng yên

Rs sI&

jXs

sE&

sU&


mI&

jXm

Rr jsXr rI&

Rotor quay

s rE&



'r

'r

'r R

s

s1R

s

R

−

+=

Rs jXs

sE&

sU&


mI&

jXm

s

R 'r

jX’r

'rE&

'rI&


sI&

Rs sI&

jXs

sU&

Mạch tương đương động cơ KĐB với dòng từ hoá

mI&

jXm

jX’r 'rI&

'rR

'rR

s

s1−

Rs sI& jXs

sU&

'rI&

'rR jX’r

Mạch tương đương động cơ KĐB với tổn hao sắt từ

'rR

s

s1−

Rc jXm

mI& cI&

ϕI&

Rs sI&

jXs

sE&

sU&


mI&

jXm

s

R 'r

jX’r

'rE&

'rI&




IV. Phân bố công suất và hiệu suất

V. Thí nghiệm không tải, thí nghiệm ngắn mạch

V.1. Thí nghiệm ngắn mạch

PCus/3 sI& 'rI& PCur/3

Phân bố công suất trong ĐC KĐB 3 pha

Pm/3

Pc/3

mI& cI& Pin/3

Pgap/3 Pthcơ + Pout

Pin Pgap=Pđt Pout

PCur PCus Pc Pthcơ

Pm= Pcơ

I&

Rs sI& jXs

sU&

'rI&

'rR jX’r

Maïch töông ñöông dạng hình ΓΓΓΓ

'rR

s

s1−

Rc

jXm

mI&cI&

Rs sI& jXs

Rm

mI&

sU& jxm

'rI&

'rR jX’r

Mạch tương đương của động cơ KĐB

'rR

ss1−

Rs jXs

sU&

sI&

s

R 'r

jX’r

Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB



Phân bố điện kháng tản trong các loại động cơ không đồng bộ:

Loại Động cơ

Mô tả Tỷ lệ giữa Xs và Xr

’ Xs X’

r

A Momen khởi động bình thường Dòng điện khởi động bình thường

0,5 0,5

B Momen khởi động bình thường Dòng điện khởi động thấp

0,4 0,6

C Momen khởi động cao Dòng điện khởi động thấp

0,3 0,7

D Momen khởi động cao Độ trượt cao

0,5 0,5

Rotor dây quấn

Tùy thuộc vào sự thay đổi của điện trở rotor

0,5 0,5

Theo tiêu chuẩn IEEE 112 V.2. Thí nghiệm không tải

Rs sI& jXs

sU&

ϕII 'r

&& >> 'rR jX’r

Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0

Rc jXm

mI& cI&

ϕI&

nU&

nI& nR jXn


Pn/3

Pn/3

Rs jXs

nU&

nI& 'rR jX’r




Rs sI& jXs

sU&

Không tải: n→ns: s→0, Pthcơ ≠ 0

Rc jXm

mI& cI&

0I 'r →&

Pthcơ ≠0

PCus/3

Pc/3

P0/3

Rs sI& jXs

sU&

jX’r

Không tải: n→ns: s→0

Rc jXm

mI& cI&

ϕI&

cI& ∞→

s

Rr'

0I 'r →&

0I&

0U&

Không tải: n→ns: s→0, Pthcơ ≠ 0

Rc

jXm

mI&cI& Pthcơ ≠0

Pc/3

P0/3

Rs sI& jXs

sU&

'rI&

'rR jX’r


'rR

s

s1−

Rc

jXm

mI&cI&



VI. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Giả sử Rm << Xm (hay Rc >> Xm):

( )mss

mst XXjR

X.jUU

++= && và

( )( )mss

mssttt XXjR

X.jX.jRX.jRZ

++

+=+=

Tính được:

( )'rs

'r

s

s'r

XXjs

RR

UI

++

+

=

Rs sI&

jXs

sU&

mI&

jXm

jX’r 'rI&

'rR

'rR

s

s1−

Rs sI& jXs

sU&

'rI&

'rR jX’r

Mạch tương đương động cơ KĐB

'rR

s

s1−

RFe jXm

mI& FeI&

Rs sI& jXs

Rm

mI&

sU& jXm

'rI&

'rR jX’r

Mạch tương đương của động cơ KĐB

'rR

ss1−

Rt jXt

tU&

tI&

s

R 'r

jX’r

Sử dụng biến đổi Thevenin cho mạch stator

Rs jXs

sU&

'rI&

s

R 'r

jX’r

Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB



Momen quay ( )( ) ( )2'

rt

2'r

t

'r2

t

sđt

s

dt

s

dtcoco

XXs

RR

s

RU3

1T

P

s1

Ps1PT

++

+

===−−

==ωωωω

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

s

Te (

Nm

)

Độ trượt tới hạn: sp ứng với Tmax 0ds

dT= , hay 0

dn

dT=

Tuyến tính: tỷ lệ thuận ở đoạn s≈0, và tỷ lệ nghịch khi s≈1.

( )2'

rt2t

'r

p

XXR

Rs

++=

( )2'

rt2tt

2t

smax

XXRR

U231

T+++

=ω

0 s 1 sp

Tst

Tmax

T

0 n nr

Tst

Tmax

T

ns np

Trate TL

A

T



( ) ( )2'

rt

2'rt

'r

2t

sst

XXRR

RU31T

+++=

ω

s

s

s

s

2

T

T

p

p

max +

= (biểu thức Klauss)

Đặc tính momen của động cơ không đồng bộ

Đặc tính momen – độ trượt của máy điện không đồng bộ

ở chế độ động cơ (0<s<1) và máy phát (s<0)



VII. Khởi động động cơ không đồng bộ

Rs sI& jXs

sU&

m'r II && >>

'rR jX’r

Khởi động: n = 0: s = 1: Is = Ist

Rc jXm

mI& cI&

ϕI&

Rs sI& jXs

Rm

mI&

sU& jXm

'rR

jX’r

Khởi động: n = 0: s = 1: Is = Ist

'rI&



Môû maùy ñoäng cô rotor daây quaán:

( )2'rt

2t

'mm

'r XXRRR ++=+

Rs sI&

jXs

sU&

mI&

jXm

jX’r 'rI&

'rR

'rR

s

s1−



Môû maùy ñoäng cô rotor loàng soùc: – Duøng ñieän khaùng noái tieáp: neáu U1/k thì Imm giaûm k nhöng Tmm giaûm ñi k2. – Duøng maùy bieán aùp töï ngaãu: neáu U1/k thì Imm vaø Tmm ñeàu seõ giaûm ñi k2. – Ñoåi Y–>∆: bieán aùp töï ngaãu, vôùi k = 3 , Imm vaø Tmm ñeàu giaûm ñi 3 laàn.

– Duøng daïng raõnh roâto ñaëc bieät ñeå caûi thieän ñaëc tính môû maùy.

VIII. Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ

1. Thay ñoåi soá cöïc: p

f60ns = (voøng/phuùt)

2. Thay ñoåi taàn soá nguoàn ñieän: p

f60ns = (voøng/phuùt).

U1/f = const (traùnh hieän töôïng baõo hoøa maïch töø) 3. Thay ñoåi ñieän aùp nguoàn ñieän: sth = const, Tmax thay ñoåi 4. Thay ñoåi ñieän trôû maïch roâto (daây quaán): sth thay ñoåi, Tmax = const

Phöông phaùp naøy ñôn giaûn, nhöng toån hao nhieät lôùn (ñoäng cô trung bình).

IX. Các đặc tính vận hành 1. Ñaëc tính doøng ñieän stato I1 = f(P2) 2. Ñaëc tính vaän toác n = f(P2) 3. Ñaëc tính moâmen ñieän töø T = f(P2)

0

n

T

ns

np

A1

A2 A3

Us giaûm

0

n

T

ns

A1

A2

A3

Tmax

'rR tăng?



4. Ñaëc tính heä soá coâng suaát cosϕ = f(P2)

5. Ñaëc tính hieäu suaát η = f(P2) n

202

2

P.PP

P

β++=η

ηmax ⇔ P0 = β2Pn

Với Po là công suất không tải ở điện áp định mức Và Pn là công suất ngắn mạch ở dòng điện định mức.

X. Tính toán thí nghiệm ngắn mạch (Blocked-rotor) ở tần số thấp fbl hơn tần số định mức fr (rate) (không bỏ qua điện kháng nhánh từ hóa Xm). Nếu trong thí nghiệm ngắn mạch không bỏ qua Xm thì phải giữ cho Xm = const, hay

r

r

bl

bl

f

U

f

Uconst

f

U~~X ===Φ , tần số rotor nhỏ hơn tần số định mức (theo IEEE thì

quy định tần số thí nghiệm ngắn mạch là 25% tần số định mức).

nbl

nblblblnbl I

UjXRZ =+=

Rs sI&

jXsbl

sU&


mI&

jXmbl

jX’rbl rI&

'rR

Rs sI&

jXs

sU&


mI&

jXm

jX’r rI&

'rR

'rR

s

s1−

Pout

I0

Pout.r

cosϕ0

cosϕ

Is

η

n

T

ns

0



2bls

blbldm I3

PRR == 2

bl2nblbl RZX −= bl

bl

ndm X

f

fX

=

hay:

2bl

2blbl PSQ −=

=

=

2bls

bl

bl

nbl

bl

nn I3

Q

f

fX

f

fX

2bls

blbln I3

PRR ==

Đã tính được nnn jXRZ +=

Với ( ) ( ) nnm

'r

'rssn jXRjX//jXRjXRZ +=+++=

( )

( )( )

++

++++

+++=

2'rm

2'r

'rm

'r

2'r

ms2'rm

2'r

2m'

rsnXXR

XXXRXXj

XXR

XRRZ

(xem R’r << Xm)

( )

( )( )

+

+++

++=

2'rm

'rm

'r

ms2'rm

2m'

rsnXX

XXXXXj

XX

XRRZ

+++

++=

'rm

m'rs

2

'rm

m'rsn XX

XXXj

XX

XRRZ

2

'rm

m'rsn XX

XRRR

++=

++=

'rm

m'rsn XX

XXXX

suy ra

( )2

m

'rm

sn'r

X

XXRRR

+−= ( )

−+−=

nsm

msn

'r XXX

XXXX

Vậy:

với ( )

−

−−=

n0

s0sn

'r XX

XXXXX tính sX và '

rX ( sX ≈ 'rX )

với ( )s0m XXX −= tính ( )2

m

'rm

sn'r X

XXRRR

+−=

Nếu X0 >> Xn:

với ( )snr XXX −=' tính sX và 'rX ( sX ≈ '

rX )


m

'rm

sn'r X

XXRRR

+−=

trong đó:

Rs sI&

jXs

sU&


mI&

jXm

jX’r rI&

'rR



2bl

2blbl PSQ −=

=

=

2bls

bl

bl

nbl

bl

nn I3

Q

f

fX

f

fX

2bls

blbln I3

PRR ==

Hay:

bl

blbl I

UZ = 2

bl2blbl

bl

nn RZX

f

fX −=

=

2bls

blbln I3

PRR ==

Chú ý: Khi giảm tần số thì điện kháng giảm, nên tổng trở cũng giảm theo. Vì vậy, để dòng điện In không quá định mức thì Un phải giảm nhiều hơn. Và vì từ thông không đổi nên Rm = const, trong khi Xm giảm đi, việc bỏ qua Rm dẫn đến sai số lớn hơn! Hơn nữa, vì Xm giảm đi nên điều kiện R’r << Xm cần phải xem xét.

Rs sI& jXs

Rm

mI&

sU& jXm

m'r II && >> '

rR jX’r


'rR

ss1−

Rs jXs

nU&

nI& 'rR jX’r




Bài tập 1: Động cơ KĐB 3 pha,Y, 220V, 7,5kW, 50Hz, 4 cực. Thông số động cơ: Rs= 0,294Ω, R’

r= 0,144Ω, Xs= 0,503Ω, X’

r= 0,209Ω, Xm = 13,25Ω. Tổng tổn hao cơ (Pqp=Ploss_mech) 250W và bỏ qua tổn hao sắt. Ở độ trượt 2%, Tính tốc độ, dòng điện stator, hệ số công suất và hiệu suất?

Bài tập 2: BT2: Động không đồng bộ ba pha, 4 cực, cuộn dây stator nối ∆, có các thông số định mức: 380V, 50Hz, 1450 vòng/phút và mạch tương đương như hình vẽ sau:

Thông số động cơ theo mạch tương đương hình vẽ trên là: Rs= 4,0Ω; R’r = 4,0Ω, Xs=5,0Ω, X’r = 5,0Ω, Rc=1200Ω, Xm = 200Ω.

a. Tính dòng điện khởi động và momen khởi động của động cơ? b. Khi động cơ đang vận hành ở tốc độ định mức, tính dòng điện ,hệ số công suất, mômen kéo tải, và hiệu suất của động cơ? Tổn hao cơ 300W. c. Tính dòng điện khởi động và momen khởi động của động cơ nếu khởi động động cơ theo sơ đồ Y→∆?

Bài tập 2’: Một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thông số như sau:

Rs = 0,5Ω, R’r= 0,25Ω, Xs= X’

r= 0,4Ω Động cơ 3 pha có 4 cực, các cuộn dây stator nối Y, tần số định mức 50Hz và điện áp định mức 415V. Tính dòng khởi động của động cơ. Tính dòng điện của động cơ khi vận hành ở tốc độ 1450vòng/phút.

Bài tập 3: Công suất truyền từ stator qua rotor của một máy điện không đồng bộ là 120kW khi chạy ở độ trượt 0,05. Tính tổn hao đồng rotor và công suất cơ của máy điện? Biết tổn hao đồng stator là 3kW, tổn hao cơ là 2kW, và tổn hao sắt là 1,7kW. Xác định công suất hữu ích và hiệu suất của động cơ?

Bài tập 4: Động cơ KĐB 3 pha, 15HP, 220V, 50Hz, 6 cực, Y, mạch hình Γ. Thông số động cơ: Rs= 0,129Ω, R’

r= 0,096Ω, Xs+ X’r= Xn= 0,047Ω, RFe= 60Ω //

Xm=10Ω Tổng tổn hao cơ Pqp=290W. Ở độ trượt 2%, tính:

a. Tốc độ, dòng điện stator, hệ số công suất? b. Công suất vào, ra, và hiệu suất?

Rs sI&

jXs

sU&

Mạch tương đương động cơ KĐB bỏ qua tổn hao sắt từ

mI&

jXm

jX’r 'rI&

'rR

'rR

s

s1−



Bài tập 5: Một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc, cuộn dây stator nối Y, 380V, 50Hz, có điện trở stator 0,26Ω/pha. Ở chế độ không tải, động cơ tiêu thụ 400W và dòng không tải là 3A. Ở thí nghiệm không tải trên, tính hệ số công suất không tải, và các thông số của nhánh từ hoá.

Bài tập 6: Trong thí nghiệm ngắn mạch trên một máy điện không đồng bộ 3 pha 4 cực, nối Y, 50Hz, đo được công suất vào là 20kW, ở điện áp 220V và dòng điện ngắn mạch đo được là 90A. Tính các thông số của động cơ R’r, Xs, X’r? Biết điện trở stator là 0,3Ω.

Bài tập 7: Một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc, cuộn dây stator nối Y, 380V, 50Hz, có điện trở stator 0,26Ω/pha. Ở chế độ không tải máy điện tiêu thụ 400W và dòng không tải là 3A. Ở chế độ ngắn mạch ứng với điện áp định mức, máy điện tiêu thụ 5kW và dòng điện 40A.

a. Từ các số liệu thí nghiệm ngắn mạch, tính: hệ số công suất ngắn mạch, điện trở rotor, điện kháng tản rotor và stator.

Rs jXs

sU&

'rI& s

Rr'

jX’r

sI&

Rs sI&

jXs

sU&

jXr rI&

'rR

'rR

s

s1−

Rs sI& jXs

sU&

'rI&

'rR jX’r

Mạch tương đương dạng hình ΓΓΓΓ

'rR

s

s1−

RFe

jXm

mI&FeI&



b. Từ các số liệu thí nghiệm không tải, tính: tổn hao sắt và tổn hao cơ biết tổn hao sắt bằng 2 lần tổn hao cơ? Tính các thông số nhánh từ hóa, hệ số công suất không tải?

Bài tập 8: ĐCKĐB 3 pha, Y, 2200V, 1000HP, 60Hz, 12 cực. Khi không tải, ở điện áp và tần số định mức, dòng không tải là 20A và công suất tiêu thụ không tải là 14kW. Thông số động cơ:

Rs= 0,1Ω, R’r= 0,2Ω, Xn = 2Ω

Ở độ trượt 3%, (bỏ qua nhánh từ hóa) tính: a. Tốc độ động cơ, tần số rotor. b. Dòng điện stator, dòng điện rotor qui đổi, dòng điện khởi động. c. Công suất vào, công suất điện từ, công suất ra. d. Hiệu suất, hệ số công suất. e. Momen điện từ, momen ra.

Bài tập 9: Một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thông số sau (các thông số rotor đã qui về stator): Điện trở stator = điện trở rotor = 1Ω Điện kháng tản stator = điện kháng tản rotor = 2Ω Điện kháng từ hoá= 50Ω Động cơ có 4 cực, cuộc dây stator nối Y, tần số định mức là 50Hz và điện áp định mức 415V. Động cơ kéo tải định mức ở tốc độ 1400 vòng/phút.

a. Vẽ dạng mạch tương đương và tính độ trượt định mức. b. Tính dòng điện stator định mức, hệ số công suất và công suất ngõ vào. c. Tính hiệu suất và momen điện từ ở trạng thái hoạt động trên.

Bài tập 10: Một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thông số sau: Rs=0,5Ω, Rr’=0,25Ω, Xs = X’r = 0,4Ω. Động cơ 3 pha có 4 cực, các cuộn dây stator nối Y, tần số định mức 50Hz và điện áp định mức 380V. Tốc

Rs sI& jXs

Rm

mI&

sU& jXm

0I 'r →&

0s

R 'r →

jX’r

Không tải: n→ns: s→0

Rs 0I&

Rm

0I&

sU& jXm

'rI&



độ định mức 1450 vòng/phút. Bỏ qua tổn hao sắt và tổn hao cơ, và điện kháng nhánh từ hóa rất lớn.

a. Khi động cơ ở định mức: tính độ trượt, dòng điện stator, hệ số công suất , công suất vào, công suất ra, hiệu suất, moment?

b. Tính momen khởi động, dòng điện khởi động. Tính momen cực đại và độ trượt tương ứng.

c. Tính và vẽ dạng đặc tuyến momen – độ trượt.

Bài tập 11:

Động không đồng bộ ba pha, 380 V, 50 Hz, 4 cực, 1430 vòng/phút, nối Y.

Thông số động cơ theo mạch tương đương hình vẽ trên là: Rs= 4,0Ω; R’r = 4,0Ω, Xs = 10,0Ω, X’r =10,0. Bỏ qua nhánh từ hóa và bỏ qua tổn hao cơ. a. Tính dòng điện khởi động và momen khởi động của động cơ? b. Tính momen cực đại và độ trượt tới hạn (khi momen đạt cực đại) của

động cơ? Khi động cơ vận hành ở tốc độ 1430 vòng/phút, tính: c. Dòng điện cấp cho động cơ, hệ số công suất cosϕ? d. Công suất vào, công suất ra, hiệu suất, momen ngõ ra? Cau a: I1kd = 10.185069 A, Mkd = 7.924819 Nm Cau b: Mmax = 18.840712 Nm, sth = 0.196116 Cau c: I1 = 2.386873 A, cos = 0.976041 Cau d: P1 = 1533.350081 W, P2 = 1396.618227 W, M2 = 9.326379 Nm Bài tập 12: Một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc, cuộn dây stator nối Y, 2 cặp cực và được cấp nguồn 50Hz, 380V. Điện trở stator 10Ω, điên trở rotor qui đổi là 6,3Ω, điện kháng tản stator bằng 12Ω và điện kháng tản rotor qui đổi bằng 13Ω. Bỏ qua tổn hao cơ, tổn hao sắt và mạch tương đương của nhánh từ hoá. Động cơ chạy ở tốc độ 1450 vòng/phút.

a. Với tốc độ trên, tính hệ số công suất, dòng điện stator, công suất vào, công suất ra, độ trượt, momen và hiệu suất?

b. Tính momen cực đại và độ trượt tương ứng (cho động cơ). Tính momen khởi động và dòng điện khởi động.

Rs sI& jXs

sU& s

R 'r

jX’r



c. Vẽ dạng đặc tuyến momen – độ trượt của động cơ ứng với độ trượt từ 0 đến 1. Chỉ ra trên đặc tuyến 3 điểm momen và độ trượt đã tính ở 2 câu trên.

Bài tập 13: Một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc, có các thông số như sau: điện trở stator và rotor quy đổi bằng nhau và bằng 0,05Ω, điện kháng tản stator và rotor quy đổi bằng nhau và bằng 0,15Ω. Bỏ qua mạch nhánh từ hoá. Máy điện có 2 cực, cuộn dây stator nối Y, và vận hành với tần số 50Hz, 415V.

a. Tính momen ra định mức và công suất ra định mức khi biết độ trượt định mức là 0,05 và bỏ qua tổn hao cơ?

b. Khi momen đạt cực đại, tính độ trượt tới hạn và momen cực đại? c. Tính dòng điện khởi động và momen khởi động?

Bài tập 14: Một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thông số như sau:

R1 = 0,39Ω, R’2= 0,14Ω, X1= X’

2= 0,35Ω, Xm= 16Ω Động cơ 3 pha có 4 cực, các cuộn dây stator nối Y, tần số định mức 50Hz và điện áp định mức 220V. Tốc độ định mức 1450 vòng/phút. Bỏ qua tổn hao sắt và tổn hao cơ.

a. Khi động cơ ở định mức: tính độ trượt, hệ số công suất, công suất vào, công suất ra, hiệu suất và momen điện từ.

b. Tính momen khởi động, dòng điện khởi động. Tính momen cực đại và độ trượt tương ứng. Tính và vẽ dạng đặc tuyến momen – độ trượt.

Bài tập15: Động cơ KĐB 3 pha, 15HP, 220V, 50Hz, 6 cực, Y (/∆), mạch hình ΓΓΓΓ. Thông số động cơ: Rs= 0,129Ω, R’

r= 0,096Ω, Xn= 0,047Ω, RFe= 60Ω, Xm = 10Ω Ở độ trượt 2%: a) Tính tốc độ, dòng điện stator (/cấp cho động cơ), hệ số công suất, hiệu suất, momen điện từ, momen ra? b) Tính momen khởi động, dòng điện khởi động động cơ, momen cực đại và độ trượt tương ứng. c) Tính và vẽ dạng đặc tuyến momen – độ trượt.

d) Nếu cho tổn hao cơ 300W, tính lại Momen ra, hiệu suất? Tính tổn hao sắt PFe?

Rs sI& jXs

sU&

'rI&

'rR jX’r


'rR

s

s1−

RFe

jXm

mI&FeI&



Bài tập16: Một động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có định mức 2 HP, 380V, 50Hz, 1 cặp cực, cuộn dây stator đấu Y, tốc độ định mức nđm = 2850 vòng/phút, hệ số công suất cosϕđm = 0,8. Khi mang tải định mức, động cơ tiêu thụ dòng điện dây Iđm = 3,5A, công suất tổn hao cơ là 100W. Khi động cơ làm việc với tốc độ, điện áp, dòng diện, cosϕ và công suất định mức, hãy xác định:

a. Tốc độ đồng bộ ns, ωs. b. Độ trượt định mức sđm. c. Mômen ra định mức Tout_đm. d. Công suất điện từ Pđt. e. Công suất tổn hao đồng rotor Pcur. f. Mômen điện từ Tđt. g. Hiệu suất định mức ηđm. h. Tính tổn hao đồng stator Pcus, biết tổn hao sắt từ là PFe=100W.

Bài tập 17: Động cơ KĐB 3 pha,Y, 460V, 25kW, 60Hz, 4 cực, có:

Rs = 0,103Ω, R’r = 0,225Ω, Xs = 1,10Ω, X’

r = 1,13Ω, Xm = 59,4Ω Tổn hao cơ 265W, tổn hao sắt 220W. Tính tốc độ, hệ số công suất, momen đầu trục, hiệu suất ở độ trượt 3%? Có thể mô tả tổn hao sắt từ bằng điện trở RFe// Xm.

Bài tập 18: Động cơ KĐB 3 pha,Y, 220V, 7,5kW, 50Hz, 4 cực. Thông số động cơ:

Rs= 0,294Ω, R’r= 0,144Ω, Xs= 0,503Ω, X’

r= 0,209Ω, Xm = 13,25Ω Tổng tổn hao cơ (Pqp) 250W và bỏ qua tổn hao sắt. Ở độ trượt 3%:

a. Tính tốc độ, dòng điện stator, hệ số công suất, momen điện từ, momen đầu trục (Tout, M ra, M có ích, M tải, M2) và hiệu suất?

b. Sử dụng mạch biến đổi Thevenin, tính hệ số công suất, dòng điện rotor qui đổi, công suất điện từ, momen điện từ, momen đầu trục và hiệu suất?

c. Tính momen cực đại, độ trượt khi momen cực đại? d. Tính momen khởi động và dòng điện khởi động?

Bài tập 19: Động cơ KĐB 3 pha,Y, 220V, 7,5kW, 50Hz, 4 cực. Thông số động cơ:

Rs= 0,294Ω, R’r= 0,144Ω, Xs= 0,503Ω, X’

r= 0,209Ω, Xm = 13,25Ω Tổng tổn hao cơ và tổn hao sắt là 403W và không phụ thuộc tải. Ở độ trượt 3%:

Tính tốc độ, dòng điện stator, hệ số công suất, momen điện từ, momen đầu trục (Tout, M ra, M có ích, M tải, M2) và hiệu suất? Tổng tổn hao cơ và tổn hao sắt là 403W = Pqp!

Bài tập 20: Động cơ KĐB 3 pha,Y, 230V, 15kW, 60Hz, 6 cực, vận hành đầy tải ở độ trượt 3,5%. Bỏ qua tổn hao cơ và tổn hao sắt. Thông số động cơ:

Rs = R’r= 0,21Ω, Xs= X’

r= 0,26Ω, Xm = 10,1Ω



Sử dụng mạch biến đổi Thevenin, tính momen cực đại, độ trượt khi momen cực đại, momen khởi động?

Bài tập 21: ĐC KĐB 3 pha rotor lồng sóc, ∆, 230V, 25kW, 50Hz, 6 cực. Có thông số pha:

Rs = 0,045Ω, R’r= 0,054Ω, Xs= 0,29Ω, X’

r= 0,28Ω, Xm = 9,6Ω a. Tính hệ số công suất, dòng điện, momen điện từ và hiệu suất ở độ trượt 5%? b. Tính momen khởi động và dòng điện khởi động? c. Giảm dòng khởi động bằng khởi động Y→∆, vẽ mạch tương đương Y,

tính dòng điện khởi động và momen khởi động?

Bài tập 22: Động cơ KĐB 3 pha,Y, 230V, 60Hz, 6 cực, có momen đạt cực đại ở độ trượt 15% và bằng 288% momen định mức. Bỏ qua điện trở stator, tính tỷ lệ momen cực đại mới theo momen định mức nếu động cơ được cấp nguồn 190V, 50Hz, và tính tốc độ khi momen đạt cực đại theo 3 trường hợp :

a) Giả sử độ trượt định mức không đổi. b) Giả sử moment định mức không đổi. c) Giả sử dòng điện định mức không đổi.

Bài tập 23: Động cơ KĐB 3 pha,15HP, 220V, 50Hz, 6 cực, Y, mạch hình Γ. Thông số động cơ: Rs= 0,129Ω, R’

r= 0,096Ω, Xn= 0,047Ω, RFe= 60Ω // Xm=10Ω Tổng tổn hao cơ Pqp=290W. Ở độ trượt 3%:

a. Tính tốc độ, dòng điện stator, hệ số công suất? b. Công suất vào, ra, và hiệu suất? c. Momen ra điện từ, momen ra? d. Tính momen cực đại, độ trượt khi momen cực đại? e. Tính momen khởi động và dòng điện khởi động?

Bài tập: 5.3, 5.4, 5.6, 5.14, 5.15, 5.16, 5.18, 5.21, 5.24, 5.25, 5.35, 5.41, 5.48.

Thí nghiệm ngắn mạch ở tần số thấp fbl hơn tần số định mức fn.

2bl

2blbl PSQ −=

=

=

2bls

bl

bl

nbl

bl

nn I3

Q

f

fX

f

fX

2bls

blbln I3

PRR ==

với ( )

−

−−=

n0

s0sn

'r XX

XXXXX tính sX và '

rX ( sX ≈ 'rX )

Rs sI& jXs

sU&

'rI&

'rR jX’r


'rR

s

s1−

RFe

jXm

mI&FeI&




m

'rm

sn'r X

XXRRR

+−=

Bài tập 24: Một động cơ điện không đồng bộ 3 pha 4 cực, nối Y, 380V, 50Hz. Thí nghiệm ngắn mạch với động cơ trên ở điện áp 100V, tần số 15Hz, đo được công suất vào là 5kW, và dòng điện ngắn mạch là 60A. Tính các thông số của động cơ R’r, Xs, X’r ở tần số định mức? Biết điện trở stator là 0,2Ω. Bỏ qua nhánh từ hóa (ở 15Hz và 50Hz). Động cơ loại C theo IEEE (Xs : X

’r = 0,3:0,7).

Bài tập 25:

Động cơ KĐB 3 pha, 7,5HP, Y, 220V, 19A, 60Hz, 4 cực. Động cơ loại C theo IEEE (Xs : X

’r = 0,3:0,7). Bỏ qua tổn hao của mạch từ.

TN với điện áp DC: Rs = 0,262Ω. TN không tải (no-load) ở 60Hz: 219V, 5,7A, 380W. Tính tổn hao cơ không tải và tính các thông số của động cơ ở điều kiện bình thường (ở tần số 60Hz) theo 2 cách: a) TN ngắn mạch (block-rotor) ở 60Hz: 212V, 83,3A, 20,1kW b) TN ngắn mạch (block-rotor) ở 15Hz: 26,5V, 18,57A, 875W.

Câu 2. Động không đồng bộ ba pha, 4 cực, cuộn dây stator nối ∆, có các thông số

định mức: 380V, 50Hz, 1450 vòng/phút và mạch tương đương như hình vẽ sau:

Thông số động cơ theo mạch tương đương hình vẽ trên là: Rs= 4,0Ω; R’r = 4,0Ω, Xs=5,0Ω, X’r = 5,0Ω, RFe=1200Ω, Xm = 200Ω.

a. Tính dòng điện khởi động và momen khởi động của động cơ? (2,0đ)

b. Tính momen cực đại và độ trượt tới hạn của động cơ? (1,0đ) c. Khi động cơ đang vận hành ở tốc độ định mức, tính dòng điện ,hệ số công suất, mômen kéo tải, và hiệu suất của động cơ? Biết tổn hao cơ là 300W. (4,0đ)

d. Tính dòng điện khởi động và momen khởi động của động cơ nếu khởi động động cơ theo sơ đồ Y→∆? (1,0đ)

Rs jXs

sU&

'rI&

'rR jX’r

sI&

Rs sI&

jXs

sU&

jXr rI&

'rR

'rR

s

s1−



e. Tính hệ số công suất/ hiệu suất của động cơ khi vận hành 100%, ¾, ½, ¼ tải và không tải.

Câu x1. Cho động cơ không đồng bộ ba pha, 4 cực, cuộn dây stator nối ∆, có các

thông số định mức: 380V, 50Hz, 1450 vòng/phút, Rs=1,5Ω; R’r=1,5Ω, Xs=4,0Ω, X’r=4,0Ω, Xm=110Ω nối tiếp với Rm=20Ω.

a. Tính dòng điện dây khởi động và momen khởi động của động cơ? (1,0đ)

b. Tính momen cực đại và độ trượt tương ứng (độ trượt tới hạn) của động cơ? (1,0đ) c. Khi động cơ đang vận hành ở chế độ định mức, tính dòng điện dây, hệ số công

suất, mômen điện từ, và tổn hao nhiệt của động cơ? Biết tổn hao cơ 500W do ma sát. (2,0đ)

Câu x2. Cho động cơ không đồng bộ ba pha, 2 cực, cuộn dây stator nối Υ, có các

thông số định mức: 380V, 50Hz, 2850 vòng/phút, Rs=2,0Ω; R’r=2,0Ω, Xs=4,0Ω, X’r=6,0Ω, Xm=100Ω. Bỏ qua tổn hao của mạch từ.

a. Tính dòng điện khởi động và momen khởi động của động cơ? (1,0đ) b. Tính momen cực đại và độ trượt tương ứng (độ trượt tới hạn) của động cơ? (1,0đ)

c. Khi động cơ đang vận hành ở tốc độ định mức, Tính dòng điện định mức, hệ số công suất, mômen điện từ, và hiệu suất của động cơ? Biết tổn hao cơ là 200W. (4,0đ)

d. Khi cho động cơ trên vận hành ở điện áp 480V, 60Hz với độ trượt bằng độ trượt định mức ở tần số 50Hz. Tính dòng điện và mômen điện từ của động cơ khi đó? So sánh và nhận xét về giá trị dòng điện và moment tính được? (2,0đ)

Câu x3: (4 Điểm)

Một động cơ không đồng bộ 3 pha cân bằng, rotor lồng sóc, 6 cực, nối hình sao có các thộng số sau:

50 Hz, 230V, Rs = 0.045 Ω, Xs = 0.29 Ω, Xm = 9.6 Ω, Ω=Ω= 28.0X , 054.0R ''rr

Tổn hao sắt từ là 600 W, tổn hao cơ là 400W, động cơ đang vận hành với hệ số trượt là 0.025, điện áp và tần số định mức, tính:

a/ Hệ số công suất (0.5 điểm) b/ Moment điện từ (0.5 điểm) c/ Công suất tổn hao đồng trên rotor (0.5 điểm)

Rs sI& jXs

sU&

'rI&

'rR jX’r

'rR

s

s1−

RFe jXm

mI& FeI&



d/ Công suất đầu ra (0.5 điểm) e/ Hiệu suất động cơ (0.5 điểm) Giả sử nguồn điện có tần số là 20 Hz và điện áp là 92V, tổn hao sắt từ của động cơ ở tần số này là 250 W, tổn hao cơ không đổi. Động cơ được nối tam giác, và vận hành với hệ số trượt không đổi, tính: f/ Dòng stator (0.5 điểm) g/ Hiệu suất (1.0 điểm)

Câu x4. (4 điểm)

Một động cơ không đồng bộ ba pha, nối Y, 2 cực, có các thông số định mức sau: 2,0 HP, 380V, 50Hz, 3,5 A, cosϕ=0,8 , 2850 vòng/phút, điện trở stator Rs= 3,0 Ω. Khi động cơ vận hành ở chế độ định mức, tổng tổn hao cơ (ma sát, quạt gió và tổn hao phụ,…) là 50W, tính:

a. Tổn hao đồng trên stator PCus? (1,0đ) b. Tổn hao đồng trên rotor PCur? (1,0đ) c. Tổn hao sắt PFe và Hiệu suất η? (1,0đ) d. Mômen điện từ Te và Mômen ngõ ra Tout ? (1,0đ)

6.22. Cho động cơ không đồng bộ ba pha, rotor lồng sóc, 4 cực, 125kW, 2300V, 60Hz, cuộc dây satator nối Y. Điện trở stator đo giữa 2 đầu cực là 2.23Ω. Giả sử bỏ qua tổn hao sắt từ. _ Thí nghiệm không tải với tần số và điện áp định mức: đo được dòng điện dây là 7.7A và công suất vào là 2879W. _ Thí nghiệm ngắn mạch ở tần số 15Hz, điện áp dây 268V: đo được dòng điện dây 50.3A và công suất vào là 18.2kW.

a) Tính tổn hao quay? b) Tính các thông số của mạch tương đương? Biết X1 = X’2. c) Tính dòng điện stator, hệ số công suất, công suất vào, công suất ra và hiệu suất

khi động cơ được cấp điện áp và tần số định mức và có độ trượt là 2.95%. d) Tính dòng điện và hệ số công suất khi khởi động, moment khởi động, moment

cực đại Mmax, và độ trượt tới hạn smax? 6.24. Cho động cơ không đồng bộ ba pha, 250kW, 2300V, 50Hz, cuộc dây satator nối Y. Điện trở stator đo giữa 2 đầu cực là 0.636Ω. Giả sử bỏ qua tổn hao sắt từ. _ Thí nghiệm không tải với tần số và điện áp định mức: đo được dòng điện dây là 20.2A và công suất vào là 3.51kW. _ Thí nghiệm ngắn mạch ở tần số 12.5Hz, điện áp dây 142V: đo được dòng điện dây 62.8A và công suất vào là 6.55kW.

a) Tính tổn hao quay? b) Tính các thông số của mạch tương đương R1, R2, X1, X2, và Xm? Biết X1 = 0.4(X1+X’2).

Bài giảng Máy điện TB

Chương 5: Máy điện đồng bộ 1

Chương 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

I. Tổng quan



A

B

C

N

N

S



Rotor cực từ ẩn Rotor cực từ lồi

Rotor cực từ ẩn Rotor cực từ lồi



θe

αe

X

Axe bobine a a'

a

a'

γe

Axe bobine b b'

Axe bobine c c'

b

b'

c

c'Axe inducteur

N

S

N S

A-

B+

A+ C+

C-

B-

A

B

C

N

S

A+

B+

C+ B-

A-

C-

Flux Φ f ns

N

S

A+

B+

C+ B-

A-

C-



A-

B+

A+

C+

C-

B-

Θm= 900 Magnetic axis of

phase Α

N

S

Magnetic axis of

phase Α

A-

B+

A+

C+

C-

B-

Θm= 00

N

S



A. Máy điện đồng bộ có rotor cực từ ẩn:

A

B

C

N

N

S

N S

A-

B+

A+ C+

C-

B-

A

B

C



θe

αe

X

Axe bobine a a'

a

a'

γe

Axe bobine b b'

Axe bobine c c'

b

b'

c

c'Axe inducteur

N

S

( ) ( ) )cos(ILiLiLiLL fafcacbabaal0aaa θλ ++++=

Mà 0aacbbccaacbaab L2

1LLLLLL −====== do

2

1)120cos( o −=

( ) )cos(ILiiL2

1LL fafcb0aaal0aaa θλ ++

−+=

)cos(ILiL2

1LL fafa0aaal0aaa θλ +

++=

)cos(ILiLL2

3fafaal0aaa θλ +

+=

+= al0aas LL2

3L

)tcos(ILiL ofafasa θωλ ++= dt

dPP cocodien

θωω =Ω==

afasa iL λλ += )cos( ofafaf tIL θωλ +=

afa

safa

sa

a edt

diL

dt

d

dt

diL

dt

de +=+==

λλ

afa

saaa

aaa edt

diLiR

dt

diRv ++=+=

λ

( ) )tsin(IL)tcos(dt

dILe ofafofafaf θωωθω +−=+=

)2

tcos(ILe ofafaf

πθωω ++=

( afe nhanh pha π/2 so với afλ )

afphdqafphdqafphdqfaf)RMS(af Nfk44,4Nfk2Nk2

1IL

2

1E Φ=Φ=Φ== πωω

afphdq)RMS(af Nfk2E Φ= π với từ thông kích từ: fafaf IL=λ , ffaf Ik=Φ

afa

asa edt

diLe +=

afaasa EILjE &&& += ω

afasaaaaaa EIjXIREIRV &&&&&& ++=+=



Động cơ:

afasaaa EIjXIRU &&&& ++=

afphdqaf NkfE Φ= ....2π

Máy phát:

asaaafa IjXIREU &&&& −−=

Trong đó:

ss LX ω= với:

+== alaaass LLLL 02

3

alAalaaalaa XXLLLLX +=+

=

+= ωωω 00 2

3

2

3

Zt

Ua

Ra

jXs

Ia

It

Tải

If

Rf

Uf

Φaf

Eaf

n

Ua

Ra

jXs

Ia

If

Rf

Uf

Φaf

Eaf

n



= 02

3aaA LX ω : điện kháng phản ứng phần ứng.

alal LX ω= : điện kháng từ tản phần ứng.

aAafR IjXEE &&& −= : sức điện động khe hở.

RΦ& : từ thông khe hở = từ thông kích từ + từ thông phản ứng phần ứng

Zt

U

Ra

jXA

Ia

It

Tải

Eaf

n

jXal

ER



II.2. Đặc tính không tải, ngắn mạch

Thí nghiệm không tải:

afsdqsaf NkfE Φ= ....2π

Đặc tính không tải

Thí nghiệm không tải xác định được “đặc tính không tải”. Từ đó xác định “đặc tính khe hở”.

U

Ra

jXs

Ia

If

Rf

Uf

Φaf

Eaf

n

Uđm

If

Eaf

0

If

Eaf

0

Eaf,δ

If

Uaf

Đặc tính khe hở

Đặc tính không tải



Ngoài ra, thí nghiệm không tải xác định được tổn hao không tải.Trong đó có tổn hao cơ (không đổi do tốc độ cố định) và tổn hao sắt (do tần số không đổi nên tổn hao sắt tỷ lệ với bình phương biên độ từ thông).

Tổn hao sắt phụ thuộc vào từ thông (hay điện áp không tải)

Thí nghiệm ngắn mạch:

Máy điện chạy ở chế độ máy phát, quay ở tốc độ đồng bộ. Tăng dòng kích từ cho tới khi dòng phần ứng đạt định mức Ia,sc = Ia,đm, vẽ được đặc tính ngắn mạch.

( ) asaaf IjXRE && +=

Đặc tính ngắn mạch khi mạch từ chưa bảo hòa

If

Eaf Ia

0

Ia, sc

Eaf,δ

If

Đặc tính ngắn mạch

Ia, đm

I’’f

(Ia, đm)

Ra

jXs

Ia

Ia,sc

If

Rf

Uf

Φaf

Eaf

n

Eaf

PFe



Đo được dòng kích từ, và dựa theo đặt tính khe hở, xác định được Eaf,δ là sức điện động tương ứng với mạch từ còn tuyến tính, chưa bảo hòa. Khi mạch từ chưa bảo hòa, bỏ qua điện trở phần ứng, có thể tính điện kháng đồng bộ chưa bảo hòa:

sc,a

,af,s I

EX δ

δ = (tính theo đặc tính khe hở)

_ ði ện kháng ñồng b ộ ch ưa b ảo hoà: tính theo ñặc tính khe h ở ( Eaf,δ). Chú ý: Có th ể tính ði ện kháng ñồng b ộ ch ưa b ảo hoà ở ñi ểm I a,sc khác I a, ñm, nhưng ph ải tính theo ñặc tính khe h ở. Từ thông khe hở rất nhỏ (tỷ lệ với ER, khoảng 15% từ thông định mức) nên mạch từ trong thí nghiệm ngắn mạch này chưa bảo hòa. Thông số tính được sẽ không sát với thực tế khi máy điện làm việc ở từ thông định mức.

( ) sc,aalaR IjXRE && +=

Ra

jXA

Ia

I a,sc

Eaf

n

jXal

ER



Khi máy điện đồng bộ làm việc KHÔNG TẢI quanh giá trị điện áp định mức (từ

thông khe hở gần định mức, xem như “bảo hòa”):

đm,aafR UEE &&& ==

Đặc tính không tải – ngắn mạch

*s

đm

ss

đm,a

đm,a

)U(sc,a

đm,a

đm,a

đm,a

đm,a

đm,a

đm,a

)U(sc,a

đm,a

)U(sc,a

''f

'f

n X

1

Z

X1

X

I

U

I

U

I

U

U

U

I

I

I

I

I

IK

đm

đmđm ==

=

====

Khi máy điện đồng bộ làm việc KHÔNG TẢI, chỉnh dòng kích từ sao cho điện áp hở mạch bằng điện áp định mức Ua,đm (từ thông khe hở gần định mức = bảo hòa). Ứng với dòng kích từ I’f này, cho máy ngắn mạch và đo dòng Ia,sc tương ứng Ua,đm. Từ đó tính gần đúng giá trị điện kháng đồng bộ bảo hòa.

Ra

jXA

Ia

Eaf

n

jXal

ER

Uđm

If

Eaf

Ua,đm

Ia

0

Ia, sc (Uđm)

Ia, sc

Eaf,δ

If I’f

(Uđm)

Đặc tính ngắn mạch

Ia, đm

I’’f

(Ia, đm)



sc,a

đm,as I

UX =

(tính theo Ua,đm trên đặc tính không tải)

_ ði ện kháng ñồng b ộ ch ưa b ảo hoà: tính theo ñặc tính khe h ở ( Eaf,δ). _ ði ện kháng ñồng b ộ b ảo hoà: tính theo ñặc tính không t ải-ng ắn mạch ở Ua, ñm. Chú ý: Nên tính ði ện kháng ñồng b ộ b ảo hoà ở ñi ểm gần Ua, ñm.

Đơn vị trương đối (tính theo giá trị định mức): Hệ số ngắn mạch Kn:

*s

đm

ss

đm,a

đm,a

)U(sc,a

đm,a

đm,a

đm,a

đm,a

đm,a

đm,a

)U(sc,a

đm,a

)U(sc,a

''f

'f

n X

1

Z

X1

X

I

U

I

U

I

U

U

U

I

I

I

I

I

IK

đm

đmđm ==

=

====

X*

s là điện kháng đồng bộ tính theo đơn vị tương đối.

Ví dụ 1:



Cho một máy điện đồng bộ ba pha 900MVA, 26kV, nối Y, 50Hz, hai cực, có các số liệu thí nghiệm:

Dòng kích từ Dòng ngắn mạch Điện áp không tải Điện áp khe hở 1710A 10,4kA 26kV (29,6kV) 3290A 20,0kA 31,8kV (56,9kV)

a. Tính điện kháng đồng bộ không bảo hòa Xs,δ? (đơn vị Ω và đvtđ) b. Tính giá trị điện kháng đồng bộ bảo hòa Xs? (đơn vị Ω và đvtđ) c. Tính tỷ số ngắn mạch Kn? Tính Xs (đvtđ) theo Kn?

Ví dụ 2: (EX 5.4-p262) (trang 224) Máy điện đồng bộ ba pha, 45kVA, nối Y, 6 cực, 220V/60Hz. Thí nghiệm không tải: dòng kích từ 2,84A, đo được điện áp 220V. Đặc tính khe hở (ước tính): dòng kích từ 2,2A, điện áp khe hở 202V. Thí nghiệm ngắn mạch: Dòng kích từ 2,2A, đo dòng phần ứng là 118A. Dòng kích từ 2,84A, đo dòng phần ứng là 152A.

a. Tính điện kháng đồng bộ không bảo hòa Xs,δ? (đơn vị Ω và đvtđ) b. Tính giá trị điện kháng đồng bộ bảo hòa Xs? (đơn vị Ω và đvtđ) c. Tính tỷ số ngắn mạch Kn? Tính Xs (đvtđ) theo Kn?

Tính điện kháng đồng bộ (theo Ω/pha và đvtđ) của máy điện đồng bộ 85kVA. Biết điện áp hở mạch định mức là 460V khi dòng kích từ 8.7A. Và đạt dòng ngắn mạch định mức ở 11.2A.

Ví dụ 3: (EX 5.5-p265) (trang 226) Máy điện đồng bộ ba pha, 45kVA, nối Y, 6 cực, 220V/60Hz như ví dụ trên (EX 5.4) Khi dòng ngắn mạch bằng dòng phần ứng định mức (118A), tổn hao là 1.8kW ở 25oC. Biết điện trở một chiều trên cuộn dây phần ứng là 0.0335Ω/pha. Tính điện trở hiệu dụng trên mỗi pha? (đơn vị Ω và đvtđ)

Máy điện đồng bộ ba pha 13.8kV, 25MVA. Tổn hao ngắn mạch là 52,8kW ở dòng định mức.



a) Tính dòng phần ứng định mức? b) Tính điện trở hiệu dụng trên mỗi pha? (đơn vị Ω và đvtđ)

Ví dụ 4: (EX 5.1-p254) Một động cơ 3 pha đồng bộ, điện áp dây đầu cực là 460V, 60Hz, Y, dòng điện 120A, hệ số công suất 0.95 chậm. Dòng kích từ 47A. Điện kháng đồng bộ 1.68Ω (0.794 đơn vị tương đối với 460V, 100kVA, 3 pha). Bỏ qua điện trở stator.

a) Tính điện áp Eaf?

b) Biên độ từ trường λaf và hỗ cảm Laf? )2

tcos(ILe ofafaf

πθωω ++=

)cos( ofafaf tIL θωλ +=

c) Công suất điện cấp cho motor (kW) và (hp).



II. Máy phát đồng bộ

II.1. Mạch tương đương

( ) asaaf IjXRUE &&& +=−

Ví dụ 1: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ có các thông số định mức 11kV, 50Hz, 20MVA, cuộn dây stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 5Ω, HSCS=cosϕđm=0,9 chậm pha.

Tính afE& (trị phức)? Vẽ giản đồ vector?

Zt

U

Ra

jXs

Ia

It

Tải

If

Rf

Uf

Φaf

Eaf

n



Ví dụ 2: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ có các thông số định mức 16MVA, 10,5kV, 50Hz, cuộn dây stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 4,8Ω. Tính giá trị sức điện động Eaf và góc tải δδδδ khi máy phát cấp điện cho tải ở điều kiện định mức, cosϕđm=0,8. Tính cho trường hợp chậm pha và nhanh pha? Vẽ giản đồ vector? Ví dụ 3: Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, 2 cực, có công suất định mức 10KVA, điện áp định mức 380V, 50Hz, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng Rư≈0Ω (tính lại cho Rư≈0,5Ω) và điện kháng đồng bộ Xđb=5Ω. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công suất cosϕ=0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy: a. Tính công suất tiêu thụ của tải định mức? b. Tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất δ? c. Vẽ giản đồ vector? d. Tính độ thay đổi điện áp ∆U%? e. Tính công suất quá tác dụng tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng kích từ không đổi và biên độ điện áp ngõ ra không đổi. f. Tính momen điện từ và momen kéo của máy phát. Biết tổn hao cơ là 500W.

II.2. Đặc tính công suất – góc ở xác lập

IZEE s&&&& =− 21 Zssas ZjXRZ ϕ∠=+=&

Zt

E2

Ra

jXs

I

It

Tải

Eaf

n

Zs

E1



Tải RL, ϕ2 > 0 Tải RC, ϕ2 < 0

( )221 0 ϕδ −∠=∠−∠ IZEE so &

( )Zs

o

s

o

Z

EE

Z

EEI

ϕδδ

ϕ∠

∠−∠=

∠−∠=−∠

00 21212 &

( ) )()( 212 Z

sZ

s Z

E

Z

EI ϕϕδϕ −∠−−∠=−∠

( ) )cos()cos(cos 212 Z

sZ

s Z

E

Z

EI ϕϕδϕ −−=

( ) )sin()sin(sin 212 Z

sZ

s Z

E

Z

EI ϕϕδϕ +−=−

( )s

aZ Z

R=ϕcos ( )

s

sZ Z

X=ϕsin

s

aZ X

Rarctg=α khi Ra << Xs thì αZ ≈ 0.

)cos( 222 ϕIEP =

E1

Re E2

jXsI

I

ϕ2

δ

0 RaI

ZsI

Re E2

E1

jXsI

I

ϕ2

δ

0 RaI

ZsI

I 0

jXsI

RaI

ZsI

ϕZ

αZ



)cos()cos(2

2212 Z

sZ

s Z

E

Z

EEP ϕϕδ −−=

( ) 2

2221

2 )90(sins

aZ

o

s Z

RE

Z

EEP −−+= ϕδ

( )2

2221

2 sins

aZ

s Z

RE

Z

EEP −+= αδ

)sin( 222 ϕIEQ =

)sin()sin(2

2212 Z

sZ

s Z

E

Z

EEQ ϕϕδ −−−=

2

2221

2 )90cos(s

sZ

o

s Z

XE

Z

EEQ −−−−= ϕδ

2

2221

2 )90cos(s

sZ

o

s Z

XE

Z

EEQ −−+= ϕδ

2

2221

2 )cos(s

sZ

s Z

XE

Z

EEQ −+= αδ

Giả sử bỏ qua Ra (khi Ra << Xs, αZ ≈ 0):

δsin212

sX

EEP =

ss X

E

X

EEQ

2221

2 cos −= δ

sX

EEP 21

max2 = khi δ = 90o .

Khi máy phát cấp điện cho tải:



δsins

aft X

UEP =

ss

aft X

U

X

UEQ

2

cos −= δ

Hay ( )

2222

=

++

s

af

stt X

UE

X

UQP

Sụt áp: UEU af −=∆

Độ sụt áp %: 100%

U

UEU af −

=∆

Khi máy phát cấp điện cho tải Thévenin:

δsinEQs

EQaf

XX

UEP

+=

EQs

EQ

EQs

EQaf

XX

U

XX

UEQ

+−

+=

2

cosδ

Tương tự, tính công suất cung cấp CHO nguồn E1:

Zt

U

Ra

jXs

Ia

It

Tải

If

Rf

Uf

Φaf

Eaf

n

U

jXs

I

Eaf

n

jXEQ

UEQ



TỪ : ( )2

2221

2 sins

aZ

s Z

RE

Z

EEP −+= αδ

SUY RA (đổi dấu góc δ): ( )2

2121

1 sins

aZ

s Z

RE

Z

EEP −+−= αδ

Hay, công suất cung cấp BỞI nguồn E1:

( )2

2121

1 sins

aZ

s Z

RE

Z

EEP +−= αδ

2

2121

1 )cos(s

sZ

s Z

XE

Z

EEQ +−−= αδ

Công thức này được áp dụng cho động cơ đồng bộ.

Khi bỏ qua Ra: ( )δsin2121

sZ

EEPP ==

sX

EEPP 21

max2max1 ==

E2

Ra

jXs

I

It

Lưới

Eaf

n

Zs

E1

U

Zt

E2

Ra

jXs

I

It

Tải

Eaf

n

Zs

E1



Máy phát điện 3 pha:

δϕ sin3cos3s

aftt X

UEUIP ==

δπω

sin3

21

s

afe X

UE

f

pPT

≈=

s

afeMAX X

UE

f

pT

3

2π=

ss

aft X

U

X

UEQ

2

3cos3 −= δ Q > 0, tải cảm (RL)

δ 0deg 1deg, 180deg..:=

0 30 60 90 120 150 1800

100

200

300

400

500

600

Pnet δ( )

M W⋅

Pnetwork

M W⋅

δ

deg

Zt

U

Ra

jXs

I

It

Tải

Eaf

n



Đặc tuyến tải của MPĐB Đặc tuyến công suất phản kháng MPĐB

δsin3s

aft X

UEP =

ss

aft X

U

X

UEQ

2

3cos3 −= δ

_____________________________________________________________

Ví dụ 4: (EX 5.6-p269) Máy phát đồng bộ ba pha, 75MVA, 13.8kV, điện kháng đồng bộ bảo hòa Xs=1.35đvtđ, điện kháng động bộ không bảo hòa là 1.56 đvtđ được kết nối với hệ

Re U

Eaf

jXsI

I

ϕt

δ

0

ϕ

Re

U

Eaf

jXsI

I ϕt

δ 0

ϕ

Re

Eaf

Re

U

jXsI

I

ϕt

δ

0



thống ngoài điện kháng tương đương là XEQ=0.23 đvtđ và điện áp VEQ=1 đvtđ. Điện áp hở mạch đạt định mức khi dòng kích từ 297A. a) Tính Pmax (theo MW, và đvtđ) mà máy phát có thể cấp cho hệ thống ngoài nếu sức

điện động của máy phát được giữ ở 1 đvtđ. b) Nếu máy phát được điều khiển ổn định điện áp thông qua điều chỉnh tự động từ

thông. Nếu máy phát cấp điện cho tải định mức, tính góc công suất, sức điện động (theo đvtđ),và dòng kích từ tương ứng?

Ví dụ 5: (EX 5.7-p272) (trang 241)



Ví dụ 6: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ có các thông số định mức 11kV, 50Hz, 20MVA, cuộn dây stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 5Ω, Ra=1Ω, cosϕđm = 0,9 chậm pha.

a. Tính giá trị sức điện động và góc tải ở điều kiện định mức? Tính giá trị công suất (tác dụng và phản kháng) cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới với giá trị sức điện động đã tính ở trên.



b. Tính giá trị sức điện động và góc tải nếu máy phát vận hành ở hệ số công suất 0,8 chậm pha, cấp cho lưới 12MW và điện áp lưới là 10kV. Tính giá trị công suất tác dụng cực đại?

c. Vẽ 2 đặc tính công suất – góc tải và chỉ ra các điểm làm việc đã tính ở trên.

II.3. Đặc tính vận hành của máy phát đồng bộ ở xác lập

Đặc tính ngoài Đặc tính điều chỉnh kích từ

Nhận xét:

If

0

R

RL

RC If0

I Iđm I

U

0

R

RL

RC E

Iđm



Giới hạn công suất phản kháng của máy điện động bộ

ss

aft X

U

X

UEQ

2

3cos3 −= δ

Zt

U

Ra

jXs

Ia

It

Tải

If

Rf

Uf

Φaf

Eaf

n

AVR



Do: ( )222

2

=

++

s

af

stt X

UE

X

UQP

Giới hạn công suất máy điện đồng bộ



Đặc tính hình V

II.4. Phân bố công suất của máy phát đồng bộ

N

S

A+

B+

C+ B-

A-

C-

Pkt Pout

Pcơ

Pcơ Pđt Pout

Pđ Pth_cơ PFe

Pkt

Pin

Pcơ

Pkt



II.5. Ghép song song máy phát điện đồng bộ

Power Plants Around the World photo gallery landing page:

http://www.industcards.com/ppworld.htm

Bài tập 3: Hai máy phát đồng bộ 3 pha nối Y giống nhau vận hành ở 33kV, mỗi máy cung cấp 5MW cho tải: 10MW và hệ số công suất 0,8 chậm pha. Điện kháng đồng bộ của mỗi máy là 6Ω. Máy thứ nhất có dòng điện 125A chậm pha.

a. Tính dòng điện và hệ số công suất của máy thứ 2? b. Tính góc tải và sức điện đông của cả hai máy?

Bài tập: Cho một máy điện đồng bộ ba pha 900MVA, 26kV, nối Y, 50Hz, hai cực, có các số liệu thí nghiệm:

Dòng kích từ

Dòng ngắn mạch

Điện áp không tải

Điện áp khe hở

1710A 10,4kA 26kV 29,6kV 3290A 20,0kA 31,8kV 56,9kV

a. Tính giá trị điện kháng đồng bộ bảo hòa Xs và không bảo hòa Xs,δ, tỷ số ngắn mạch?

Máy phát trên được nối lưới 26kV thông qua điện kháng nối tiếp 1 mH. Biết máy phát đang cung cấp cho lưới 800MW và 400MVAr. Bỏ qua điện trở phần ứng và tổn hao sắt. Giả sử tổn hao cơ là 20MW.



b. Tính dòng điện phần ứng, sức điện động không tải, góc tải, và moment cơ cấp cho máy phát?

c. Với kích từ như ở câu b, tính công suất tác dụng cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới trong ngắn hạn? Tính moment cơ khi đó?

d. Với kích từ như ở câu b, tính công suất phản kháng lớn nhất và nhỏ nhất mà máy phát có thể cấp cho lưới?

e. Khi điều chỉnh giảm dòng kích từ để sức điện động cảm ứng giảm 10%. Biết công suất tác dụng cấp cho lưới vẫn không đổi. Tính góc tải, dòng điện phần ứng và công suất phản kháng cấp cho lưới khi đó?



III. Động cơ đồng bộ

III.1. Mạch tương đương

( ) asaaf IjXREU &&& +=− afphdqaf NkfE Φ= ....2π

Nếu bỏ qua Ra:

IjXEU saf&&& += , ( )ϕδ −∠+∠=∠ IjXEU saf

o0

Thiếu kích từ, E nhỏ I chậm pha hơn U, ϕ >0

Động cơ đóng vai trò tải RL Động cơ tiêu thụ P và Q

Thừa kích từ, E lớn I nhanh pha hơn U, ϕ <0

Động cơ đóng vai trò tải RC Động cơ tiêu thụ P, phát Q

(Tụ bù công suất phản kháng)

U

jXs

Ia

If

Rf

Uf

Φaf

Eaf

n

Ra

I

Re U

E

jXsI

ϕ

δ 0

Re U

E

jXsI

I

ϕ δ

0

U

Ra

jXs

I

Eaf

n

E2

E1



III.2. Đặc tính công suất - góc

( )2

2121

1 sins

aZ

s Z

RE

Z

EEP +−= αδ

2

2121

1 )cos(s

sZ

s Z

XE

Z

EEQ +−−= αδ

Đặc tuyến công suất – góc tải của ĐCĐB Đặc tuyến CSPK – góc tải của ĐCĐB

δsinX

UE3P

s

af=

δcosX

UE3

X

U3Q

s

af

s

2

−=

Q > 0, tải cảm (RL)

δπω

sin3

21

s

afe X

UE

f

pPT

≈=

s

afeMAX X

UE

f

pT

3

2π=



Nhận xét:

Khi δ < 90o, nếu rotor chậm lại → δ tăng → P tăng → rotor nhanh hơn. Khi δ > 90o, nếu rotor chậm lại → δ tăng → P giảm → rotor chậm hơn nữa → mất ổn

định, động cơ đồng bộ dừng luôn. Câu hỏi: _ Khởi động động cơ đồng bộ như thế nào? _ Moment khởi động lớn hay nhỏ, có kéo nổi tải có quán tính lớn như tàu điện không?

III.3. Đặc tính vận hành của động cơ đồng bộ ở xác lập

Đặc tính hình V của ĐCĐB

Đặc tính hình V ngược của ĐCĐB

If

cosϕ

0

Tải trở (R)

Sớm (RC) Trễ (RL)

1 Không tải Nửa tải Đầy tải

Thiếu kt Thừa kt

If

I

0

R RC, cosϕ = 0.8

cosϕ = 0.8, RL

Iđm

Không tải

Nửa tải

Đầy tải

Thiếu kt Thừa kt

ϕ > 0 ϕ < 0



Điều chỉnh tăng hệ số công suất cosϕ

III.4. Phân bố công suất của động cơ đồng bộ

N

S

A+

B+

C+ B-

A-

C-

Pkt P1

P1=PđiệnAC Pđt=Pcơ Pout

Pqp Pđ1 Ps Pkt

Pin

P1

Pkt



Ví dụ 6: Một động cơ đồng bộ nối Y, nối vào lưới 3 pha 3980V và điều chỉnh dòng rotor sao cho sức điện động cảm ứng pha là 1790V/pha (3000V/pha - thừa kích từ). Điện kháng đồng bộ là 22ΩΩΩΩ và góc tải giữa điện áp và sức điện động cảm ứng là 30o. Xác định dòng stator và hệ số công suất, góc ϕϕϕϕ? Tính công suất biểu kiến, công suất tác dụng và công suất phản kháng?

Ví dụ 8: Một động cơ đồng bộ 3 pha nối Y, 3MW, 6,6kV, 60Hz, 200rpm, kích từ độc lập không đổi, vận hành ở đầy tải ở hệ số công suất 0,8 chậm pha. Nếu điện kháng đồng bộ là 11ΩΩΩΩ, tính: công suất biểu kiến, dòng stator, sức điện động cảm ứng và góc tải? Nếu động cơ có tổn hao cơ Pqp là 200kW, tổn hao sắt Ps là 100kW, tổn hao kích từ Pkt là 50kW. Tính hiệu suất, momen điện từ, momen ngõ ra của động cơ? Tính công suất lớn nhất động cơ có thể kéo tải mà không mất đồng bộ? Tính công suất phản kháng lớn nhất mà động cơ có thể nhận từ lưới và phát lên lưới? Khi tần số giảm còn 50Hz? Khi Rs=1ΩΩΩΩ?

Ví dụ 3: Một động cơ không đồng bộ kéo tải và tiêu thụ 350kW từ lưới ở hệ số công suất 0,707 chậm pha. Một động cơ đồng bộ thừa kích từ nối song song với động cơ không đồng bộ và tiêu thụ 150kW từ lưới. Nếu hệ số công suất chung của hai động cơ là 0,9 chậm pha, tính công suất phản kháng và công suất biều kiến của động cơ đồng bộ.

Re U

E

jXsI

I

ϕ θ

0

U

Rư

jXs

I

E

n



(Điều chỉnh tăng hệ số công suất cosϕ)

Ví dụ 13: Một động cơ không đồng bộ kéo tải và tiêu thụ 500kW từ lưới ở hệ số công suất 0,707 chậm pha. Một động cơ đồng bộ khác thừa kích từ nối song song với động cơ không đồng bộ và tiêu thụ 100kW từ lưới ở hệ số công suất 0,5. Tính hệ số công suất, công suất phản kháng và công suất biều kiến chung của hai động cơ. Tính dòng điện cấp cho động cơ không đồng bộ và dòng điện cấp chung cho cả 2 động cơ, biết U =380V? Nhận xét về kích thước dây dẫn? BT 1.3. Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, 2 cực, có công suất định mức

10KVA, điện áp định mức 380V, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng Rư = 0,5Ω và điện kháng đồng bộ Xđb = 5Ω. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công suất cosϕ = 0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy xác định:

a. Tính công suất tiêu thụ của tải định mức. b. Vẽ giản đồ vector và tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất δ. c. Độ thay đổi điện áp ∆U%. d. Công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng

kích từ không đổi và biên độ điện áp ngõ ra không đổi. BT1.1: Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn, 2 cực, kích từ độc lập, dòng

kích từ 1A, tần số 50Hz, nối Y, 12A. Bỏ qua điện trở phần ứng, điện kháng đồng bộ pha là 10Ω. Biết tổn hao cơ là 500W, bỏ qua tổn hao sắt.

a. Khi máy phát cấp nguồn cho tải với điện áp định mức 380V, và dòng điện định mức 12A, tải có hệ số công suất cosϕ=0,8, chậm pha. Vẽ giản đồ vector, tính sức điện động cảm ứng pha, góc công suất và momen cơ kéo máy phát? (1,0đ)

b. Khi máy phát cấp nguồn cho tải có dòng điện định mức 12A, tải có hệ số công suất cosϕ=1. Vẽ giản đồ vector, tính điện áp dây cấp cho tải Udây, góc công suất? Biết sức điện động của máy phát vẫn không đổi như ở câu a? (1,0đ)



c. Với tải (có dòng điện, cosϕ như) ở câu b, tính dòng kích từ điều chỉnh để điện áp dây vẫn là 380V? Biết mạch từ còn tuyến tính. (0,5đ)

BT1.2. Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, có công suất định mức 10KVA, điện áp định mức 380V, 50Hz, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng Rư≈0Ω và điện kháng đồng bộ Xđb = 5Ω. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công suất cosϕ = 0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy: a. Tính công suất tiêu thụ của tải định mức. b. Vẽ giản đồ vector và tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất δ. c. Tính độ thay đổi điện áp ∆U%. d. Tính công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng

kích từ không đổi và biên độ điện áp ngõ ra không đổi. e. Tính momen điện từ và momen kéo của máy phát biết tổn hao cơ là 500W. Câu 1.4. Một động cơ đồng bộ 3 pha nối Y, 3MW, 6,6kV, 50Hz, 200rpm, kích từ độc lập

không đổi, điện kháng đồng bộ là 10Ω. a. Khi động cơ vận hành ở công suất định mức và có hệ số công suất 0,8 nhanh

pha, tính: công suất biểu kiến, sức điện động cảm ứng pha và góc tải?(1,0đ) b. Tính công suất lớn nhất động cơ có thể kéo tải mà không mất đồng bộ? Khi

đó tính công suất phản kháng và momen điện từ của động cơ? (1,5đ) c. Tính công suất phản kháng lớn nhất mà động cơ có thể phát lên tải?(0,5đ)

Sách trang 153: 6.22, 6.26, 6.28, 6.23

Ví dụ 6: (EX 5.8-p279) (trang 244)

Pcơ Pđt P2

Pđ Pqp Ps

Pkt

P1



================= HẾT =======================



Bài tập 1: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ có các thông số định mức 11kV, 50Hz, 20MVA, cuộn dây stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 5Ω, cosϕđm = 0,9 chậm pha.

d. Tính giá trị sức điện động và góc tải ở điều kiện định mức? Tính giá trị công suất cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới với giá trị sức điện động đã tính ở trên.

e. Tính giá trị sức điện động và góc tải nếu máy phát vận hành ở hệ số công suất 0,8 chậm pha, cấp cho lưới 12MW và điện áp lưới là 10kV. Tính giá trị công suất cực đại?

f. Vẽ 2 đặc tính công suất – góc tải và chỉ ra các điểm làm việc đã tính ở trên.

Bài tập 2: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ có các thông số định mức 11kV, 50Hz, 20MVA, cuộn dây stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 5Ω.

a. Tính giá trị công suất, sức điện động và góc tải ở điều kiện định mức với tải có cosϕ = 0,9 chậm pha?Tính giá trị công suất tác dụng cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới với giá trị sức điện động đã tính ở trên?

b. Tính giá trị công suất, sức điện động và góc tải nếu máy phát vận hành ở hệ số công suất 0,8 nhanh pha, cấp cho lưới 20MVA ở điện áp lưới định mức?

c. Vẽ 2 đặc tính công suất – góc tải và chỉ ra các điểm làm việc đã tính ở trên? So sánh sức điện động của máy phát trong hai trường hợp trên?

Bài tập 3: Hai máy phát đồng bộ 3 pha nối Y giống nhau vận hành ở 33kV, mỗi máy cung cấp 5MW cho tải 10MW, có hệ số công suất 0,8 chậm pha. Điện kháng đồng bộ của mỗi máy là 6Ω. Máy thứ nhất có dòng điện 125A chậm pha.

c. Tính dòng điện và hệ số công suất của máy thứ 2? d. Tính góc tải và sức điện đông của cả hai máy?

Bài tập 4: Một máy điện đồng bộ có cuộn dậy stator 3 pha, cuộn dây kích từ rotor và cấu trúc rotor và stator dạng hình trụ.

a. Vẽ mạch tương đương và giản đồ pha tương ứng khi máy điện vận hành ở chế độ:

i. Máy phát thừa kích từ ii. Máy phát thiếu kích từ iii. Động cơ thừa kích từ iv. Động cơ thiếu kích từ

Xác định trong mỗi trường hợp chiều của công suất tác dụng và công suất phản kháng giữa máy điện và lưới; và xác định hệ số công suất nhanh hay chậm.



b. Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ có các thông số định mức 16MVA, 10,5kV, 50Hz, cuộn dây stator nối Y. Điện kháng đồng bộ 13,77Ω, cosϕđm = 0,8 chậm pha. Tính giá trị sức điện động và góc tải khi máy phát vận hành ở điều kiện định mức? Và tính giá trị công suất tác dụng cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới, với giá trị sức điện động như khi vận hành ở điều kiện định mức trên.

Bài tập 5: a. Một tuabin phát điện 3 pha có điện kháng đồng bộ 14Ω và cấp cho lưới công

suất tác dụng 1,68MW với hệ số công suất chậm pha. Cuộn dây stator máy phát nối Y, nối với lưới 11kV và dòng điện stator là 100A. Tính hệ số công suất, góc tải và sức điện động cảm ứng?

b. Một máy phát đồng bộ và một máy phát không đồng bộ nối song song và cấp vào lưới điện công suất tác dụng 800kW với hệ số công suất chung bằng 0,8 chậm pha. Biết máy phát không đồng bộ vận hành ở công suất 0,9 và phát công suất tác dụng 300kW vào lưới. Xác định hệ số công suất và công suất tác dụng máy phát đồng bộ phát lên lưới.

Bài tập 6: Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn, 2 cực, đấu Y, có công suất định mức

10KVA, điện áp định mức 380V, 50Hz, nối lưới. Trên mỗi pha có điện kháng đồng bộ Xđb = 2Ω. Biết tổn hao sắt là là 200W và tổn hao cơ là 500W. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công suất cosϕ = 0,8 (chậm pha), hãy xác định:

a. Tính công suất tiêu thụ, hiệu suất và momen cơ cấp cho máy phát ở tải định mức?

b. Vẽ giản đồ vector và tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất δ. c. Độ thay đổi điện áp ∆U%. d. Công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết

dòng kích từ và biên độ điện áp ngõ ra không đổi. e. Tính moment định mức và moment cực đại để kéo máy phát. BT1.1: Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn, 2 cực, kích từ độc lập, dòng

kích từ 1A, tần số 50Hz, nối Y, 12A. Bỏ qua điện trở phần ứng, điện kháng đồng bộ pha là 10Ω. Biết tổn hao cơ là 500W, bỏ qua tổn hao sắt.

a. Khi máy phát cấp nguồn cho tải với điện áp định mức 380V, và dòng điện định mức 12A, tải có hệ số công suất cosϕ=0,8, chậm pha. Vẽ giản đồ vector, tính sức điện động cảm ứng pha, góc công suất và momen cơ kéo máy phát? (1,0đ)

b. Khi máy phát cấp nguồn cho tải có dòng điện định mức 12A, tải có hệ số công suất cosϕ=1. Vẽ giản đồ vector, tính điện áp dây cấp cho tải Udây, góc công suất? Biết sức điện động của máy phát vẫn không đổi như ở câu a? (1,0đ)



c. Với tải (có dòng điện, cosϕ như) ở câu b, tính dòng kích từ điều chỉnh để điện áp dây vẫn là 380V? Biết mạch từ còn tuyến tính. (0,5đ)

BT1.2. Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, có công suất định mức 10KVA, điện áp định mức 380V, 50Hz, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng Rư≈0Ω và điện kháng đồng bộ Xđb = 5Ω. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công suất cosϕ = 0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy: a. Tính công suất tiêu thụ của tải định mức. b. Vẽ giản đồ vector và tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất δ. c. Tính độ thay đổi điện áp ∆U%. d. Tính công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng

kích từ không đổi và biên độ điện áp ngõ ra không đổi. e. Tính momen điện từ và momen kéo của máy phát biết tổn hao cơ là 500W.

BT 1.3. Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, 2 cực, có công suất định mức

10KVA, điện áp định mức 380V, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng

Rư = 0,5Ω và điện kháng đồng bộ Xđb = 5Ω. Khi máy phát cấp điện cho tải định

mức với hệ số công suất cosϕ = 0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy

xác định:

a. Tính công suất tiêu thụ của tải định mức.

b. Vẽ giản đồ vector và tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất δ.

c. Độ thay đổi điện áp ∆U%.

d. Công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng

kích từ không đổi và biên độ điện áp ngõ ra không đổi.

Pcơ Pđt P2

Pđ Pqp Ps

Pkt

P1

Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB

Chương 6: Máy điện một chiều 1

Chương 6: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

I. Tổng quan



Nguyên lý hoạt động của máy điện một chiều



Động cơ



Phản ứng phần ứng – vành trượt lệch qua một bên

Neutral Zone

Magnetic field

N I

B F

I

B

S S N

S N

Vị trí chổi than

Stator và cuộn

dây

N

Chổi than

Rotor DC Motor

S



Dòng điện qua rotor đảo chiều

Dòng điện qua stator Dòng điện qua rotor

Động cơ DC chạy thuận Động cơ DC chạy ngược

Động cơ DC Momen tải



II. Phân tích máy phát một chiều

apN

kπ2

=

Eđm

Ikt

E

0

Ikt

Rt

U

Rư

Iu

It

Tải

E = k.Φkt.ω ≈ k.kkt.Ikt.ω

Rkt

Ukt

Φkt

ω

U

Rư

Iu

E



II.1. Máy phát DC kích từ độc lập

Pin

Pcơ

Ps≈≈≈≈ 0 Pth-cơ

Pđt Pout

Pđ

Pkt

Pin Pcơ

Ps≈≈≈≈ 0 Pkt Pqp

Pđt Pout

Pđ

Iu

U

0

E

Iđm



II.2. Máy phát DC kích từ song song

Eđm

Ikt

E

0

Ikt

Rt

U

Rư

Iu

It

Tải


Rkt

Ukt

Φkt

ω

Eđm

Ikt

E

0

Rkt1 > Rkt2 > Rkt3

Tải

Ikt

Rt

U

Rư

Iu

It


Rkt

ω

I

U

0

E



II.3. Máy phát DC kích từ hỗn hợp

Kích từ hỗn hợp rẽ ngắn

`

Kích từ hỗn hợp rẽ dài

Tải

Ikt

Rt

U

Rư

Iu

It

E = k.Φhh.ω

Rkt

ω

Rs

Tải

Ikt

Rt

U

Rư

Iu

It

E = k.Φhh.ω

Rkt

ω

Rs



Khảo sát phản ứng phần ứng:

Ví dụ 3: Cho máy phát 100-kW, 250V, 400A, kích từ hỗ hợp cộng rẽ dài. Ru=0,025Ω, Rs=0,005Ω. Dòng kích từ song song là 4,7A. Cuộn kích từ song song có 1000vòng trên môi cực từ, cuộn kích từ nối tiếp có 3 vòng trên mỗi cực từ. Tốc độ máy phát là 1150RPM. Tính điện áp của máy phát khi cấp dòng định mức cho tải? Biết lúc thí nghiệm không tải ở tốc độ 1200RPM, điện áp hở mạch đo được là 274V.



Ví dụ 4: Tính lại ví dụ trên khi có xét đến phản ứng phần ứng? Tra theo đặc tuyến từ hình 7.14. Ví dụ 5: Tính lại ví dụ 4 nếu cuộn kích từ nối tiếp có 4 vòng dây và có điện trở là Rs=0,007Ω.

III. Phân tích động cơ một chiều

III.1. Động cơ DC kích từ độc lập, NCVC

E = k.Φkt.ω ≈ k. kkt.Ikt.ω hay

U

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt

Ukt

ω



kt

uu

kt k

IRU

k

E

Φ

−=

Φ=ω

60

n2

)RPM()s/rad( πω =

ω

PT =

ωωuudt

dt

IEPT ==

ωout

out

PT =

uktEuktuudt

dt IkIkIEP

T Φ=Φ

===ω

ω

ωω uktdt IkT Φ=

U

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt

Ukt

ω

Φkt

P1 Pđien P2

Ps≈≈≈≈ 0 Pkt Pđ Pth_cơ

Pcơ Pđt



I, Mđt 0

ωoltωo

ωđm

Iđm, Mđm I0 Ikđ, Mkđ

ω

I, Mđt

ω

0

ωoltωo

ωđm

Iđm I0



III.2. Động cơ DC kích từ song song

III.3. Động cơ DC kích từ nối tiếp

U

Rư

Iu

E

Int

Rnt

U

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt

Ukt=U



III.3. Động cơ DC kích từ hỗn hợp

U

Rư

Iu

E

Int

Rnt

Ikt

Rkt



IV. Điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập

a) Điều khiển điện áp phần ứng:

( ) co2u M

k

R

k

U

Φ−

Φ=ω U giảm ⇒ ω giảm

b) Điều khiển từ thông kích từ:

( ) co2u M

k

R

k

U

Φ−

Φ=ω Φ giảm ⇒ ω tăng

Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ thông Điều khiển thay đổi tốc độ ω thông qua:

_ điều khiển điện áp phần ứng U khi: ω < ωđm.

_ điều khiển từ thông kích từ Φ khi: ω > ωđm.

U

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt

Ukt

ω

Φkt

VR

Mcơ

ω

0

ωolt

ωđm

Mđm

Φ giảm

Pmax

ωωωωmax

Mmax

U

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt

Ukt

ω

Φkt Mcơ

ω

0

ωolt

ωđm

Mđm

U giảm



c) Điều khiển điện trở phần ứng:

( ) co2u M

k

R

k

U

Φ−

Φ=ω Rư tăng ⇒ ω giảm

Mcơ

U giảm

Mđm

ω

0

ωolt

ωđm

Φ giảm

I II

IIII

ω

Mcơ

0

Mđm

ωđm

Pđm

Iưđm

Mđm

ωmax

Điều khiển U Điều khiển ΦΦΦΦ



d) Khởi động đông cơ DC kích từ độc lập:

Dòng điện khởi động không lớn hơn khả năng chịu dòng của chổi than (thường là

3Iđm). Moment khởi động không lớn hơn khả năng chịu đựng của tải (thường là 3Mđm).

e) Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC dùng PID:

ndat Động cơ

+

u _

n

n

PIDtốc độ e

Iư, Mcơ

ω

0

ωolt

ωđm

Iưđm,

VR tăng

U

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt

Ukt

ω

Φkt

VR



V. Đặc tính động cơ DC

Ví dụ 1: (Ex 7.1-p371) (Vd 7.2, trang 344)

Ví dụ 2: (Pr 7.1-p372)

ωdat Động cơ +

PIDdòng điện u

_

ω

ω

PIDtốc độ +

_

i

P1 Pứng P2

Ps≈≈≈≈ 0 Pkt Pđ Pth_cơ

Pcơ Pđt



Ví dụ 3: (Ex 7.2-p372)

Ví dụ 4: (Pr 7.2-p373)

Ví dụ 5: (Ex 7.3-p376) (Vd 7.1, trang 336)

Ví dụ 6: (Ex 7.4-p377)

Ví dụ 7: (Ex 7.5-p378)

Ví dụ 8: (Pr 7.5-p378)

Ví dụ 9: (Ex 7.6-p381) (Vd 7.3, trang 345)



Ví dụ 10: (Pr 7.5-p382)

Ví dụ 11: (Ex 7.7-p383)

Ví dụ 12: (Pr 7.6-p384)

Ví dụ 13: (Ex 7.9-p389)



Ví dụ 14: (Pr 7.8-p390)

Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều TCBinh

Hình vẽ Chương 5: Động cơ công suất nhỏ 1

Chương 5: ĐỘNG CƠ CÔNG SUẤT NHỎ

I. Động cơ xoay chiều một pha

II. Động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu



III. Động cơ vạn năng

IV. Động cơ Servo DC

V. Động cơ Servo AC



VI. Động cơ bước



VII. Động cơ từ trở

VIII. Động cơ một chiều không chổi than (Brushless DC - BLDC)

IX. Động cơ xoay chiều không chổi than (Brushless AC)

X. Máy phát điện dùng sức gió

A

B

C

D

A

C

D

B

Stator

Pole Unaligned

Position

Flux Path

Aligned

Position

Flux Path

Rotor

Pole

MÁY ðIỆN - hcmut.edu.vntcbinh/File_2012/May_dien/TCB_Bai giang May … · ... Kỹ Thuật...

Documents

Transcript of MÁY ðIỆN - hcmut.edu.vntcbinh/File_2012/May_dien/TCB_Bai giang May … · ... Kỹ Thuật...