Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển
Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -
K1
5
Dây quấn kích từ được đặt trong rãnh roto và được quấn thành các
bối dây, các vòng dây trong bối dây được cách điện với nhau bằng một lớp
mica mỏng. Miệng rãnh được nêm kín để cố định và ép chặt các bối dây.
Dòng điện kích từ là dòng một chiều được đưa vào cuộn kích từ thông qua
chổi than đặt trên trục roto.
Stato của máy đồng bộ cực ẩn bao gồm lõi thép được ghép lại từ các
lá thép kỹ thuật đ
iện, trong đó có tạo rãnh để đặt dây quấn 3 pha. Stato
được gắn liền với thân máy, dọc chiều dài lõi thép stato có làm những rãnh
thông gió ngang trục với mục đích thông gió là mát máy điện. Trong các
máy đồng bộ công suất trung bình và lớn thân máy được chế tạo theo kết
cấu khung thép, máy phải có hệ thống làm mát. Nắp máy được chế tạo từ
thép tấm hoặc gang đúc.
b. Kết cấu của máy đồng bộ cực lồi:
Máy đồng b
ộ cực lồi thường có tốc độ quay thấp vì vậy đường kính
roto lớn hơn nhiều lần so với roto cực ẩn: (D
max
= 15m), trong khi đó chiều
dài lại nhỏ, với tỷ lệ l/D = 0,15 ÷ 0,2.
Roto của máy đồng bộ cực lồi công suất trung bình và nhỏ có lõi
thép được chế tạo từ thép đúc và gia công thành khối lăng trụ, trên mặt có
đặt các cực từ. Ở những máy lớn. Lõi thép đó được hình thành bởi các tấm
thép dày từ 1mm đến 6mm, được dập hoặc đúc định hình sẵn để ghép thành
các khối lăng trụ, và lõi thép này thường không trự
c tiếp lồng vào trục máy
mà được đặt trên giá đỡ của roto.
Dây quấn cản (trường hợp máy phát đồng bộ) hoặc đây quấn mở
máy (trường hợp động cơ đồng bộ) được đặt trên các đầu cực. Các dây
quấn này giống như dây quấn kiểu lồng sóc của máy điện không đồng bộ,
nghĩa là làm bằng các thanh đồng đặt vào rãnh các đầu cực và được nối 2
đầu bở
i 2 vòng ngắn mạch.
Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển
Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -
K1
6
1. Lá thép cực từ
2. Dây quấn kích từ
3. Đuôi hình T
4. Nêm
5. Lõi thép roto.
Stato của máy đồng bộ cực lồi có thể đặt nằm ngang với máy có
công suất nhỏ, tốc độ quay cao. Ở trường hợp máy phát tuabin nước công
suất lớn, tốc độ chậm thì trục của máy phải đặt thẳng đứng theo 2 kiểu treo
và kiểu đõ tuỳ thuộc vào cách bố trí ổ trục đỡ.
+
Ưu điểm của kiểu treo là ổn định, ít chịu ảnh hưởng tác động của
các phần phụ, nhưng chi phí xây dựng cao, còn kiểu đỡ là giảm được kích
thước máy theo chiều cao. Do đó giảm được kích thước chung của máy.
Như vậy tuỳ theo yêu cầu mà ta phải có cách bố trí sao cho hợp lý nhất.
1.3. Các thông số chủ yếu của máy phát điện đồng bộ
Trong máy phát điện đồng bộ ngoài các thông số nh
ư: Công suất,
điện áp, dòng điện định mức còn phải kể đến các thông số cơ bản khác
của máy phát điện đồng bộ là: điện trở, điện kháng của cuộn dây, các hằng
số quán tính điện và cơ.
1. Điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục (Xd,Xq)
Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển
Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -
K1
7
Điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục là một trong những thông
số đặc trưng của máy phát điện ở chế độ xác lập. Ở máy phát điện cực lồi
vì ở mặt cực, từ thông khe hở không khí là không đều, nên mạch từ không
bão hòa. Do đó điện kháng dọc trục và ngang trục là khác nhau(Xd ≠ Xq).
Còn ở máy phát cực ẩn thì khe hở không khí là đều nhau, mạch từ bão hòa
nên:
Xd = Xq.
2. Đ
iện kháng quá độ X'd
Đặc trưng cho cuộn cảm của cuộn dây ở chế độ xác lập. Ở chế độ
này từ thông sinh ra bởi cuộn dây stato đi qua cuộn dây roto bị giảm do
phản ứng hỗ cảm của cuộn dây này. Điện trở mạch kín của cuộn dây roto
thường nhỏ nên phần ứng hỗ cảm triệt tiêu hoàn toàn từ thông bên trong
nó. Vì thế có thể coi điện cảm của nó khi m
ạnh khép kín ra bên ngoài cuộn
dây roto là rất nhỏ và không phụ thuộc vào dạng cực từ.
3. Điện kháng siêu quá độ:
Điện kháng này đặc trưng cho điện cảm của cuộn dây stato ở giai
đoạn đầu của chế độ quá độ . ở giai đoạn đầu của chế độ này bị ảnh hưởng
của cuộn dây cản, làm giảm đi từ thông cuộn dây stato. Do đó X"d < X'd.
Do dòng đi
ện xuất hiện trong cuộn dây cản là tức thời cho nên điện kháng
X"d chỉ tồn tại trong giai đoạn đầu của chế độ quá độ.
4. Hằng số quán tính cơ Tj:
Đặc trưng cho mômen quán tính phần quay, hằng số này được tính
toán tùy thuộc vào từng loại máy phát.
Tj =
J
=
ω
2
đm
.J
JđmSđm
Trong đó:
Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển
Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -
K1
8
ω
đm
=
J =
Với: G - Khối lượng vật quay
D - đường kính vật quay
1.4. Đồ thị vectơ và các đặt tính của máy phát điện
1. Phương trình điện áp và đồ thị vectơ của máy phát điện đồng bộ.
Đối với máy phát đồng bộ:
=
δ
- (r
ư
+ jX
δư
). (1 - 1)
Đối với động cơ điện đồng bộ
=
δ
+ (r
ư
+ jX
δư
). (1 - 2)
Trong đó:
U: Điện áp đầu cực máy phát
R
ư
, X
δu'
: Điện trở và điện kháng tản của dây quấn phần ứng.
E
δ
: Sức điện động cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe
hở không khí.
Khi có tải thì suất điện động cảm ứng này được chia làm 2 thành phần:
δ
= +
ư
a. Ta xét trường hợp máy phát điện
Trong trường hợp này ta xét cho 2 loại máy cực ẩn và máy cực lồi.
Giả sử máy phát làm việc ở tải điện cảm có:
0 < ϕ < 90
0
Phương trình cân bằng điện áp cho máy cực ẩn
= +
ư
- (r
ư
+ jX
ư
) (1 - 3)
60
n.2π
60
GD
2
.
U
.
E
.
I
.
U
.
E
.
I
.
E
.
E
.
E
.
U
.
E
.
E
.
I
Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển
Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -
K1
9
ư
: Sức điện động phần ứng được biểu thị theo điện kháng phần
ứng:
ư
= j
X
ư
Vậy phương trình 1 - 3 trở thành:
= - j (X
ư
+ jX
σư
)- r
ư
(1 - 4)
Ta biểu diễn phương trình 1 - 4 bằng đồ thị vectơ
Trên đồ thị thì: Từ thông chính
Φ
0
(F
0
) vượt trước E một góc
π
/2 và
Φ
ư
(F
ư
) chậm sau
ư
= j IX
ư
một góc
π
/2.
Phương trình cân bằng điện áp cho máy cực lồi.
= - j
d
X
ưd
- j
q
X
ưq
- j X
σư
- r
ư
(1 - 5)
Vì trong máy cực lồi thành phần sức từ động được chia thành 2
thành phần dọc trục và ngang trục.
ưd
= -j
d
X
ưd
ưq
= -j
q
X
ưq
Và thành phần -j X
δư
ta cũng phân tích thành 2 thành phần dọc trục
và ngang trục.
Hình 1.5: Đồ thị sđđ của máy phát đồng bộ cực ẩn
F
o
E
jIXδ
I
F
ư
ϕ
θ
δ
Ir
f
δ
θ
U
ư
ư
ư
jIX
θ
'
.
E
.
E
.
I
.
U
.
E
.
I
.
I
.
E
.
U
.
E
.
I
.
I
.
I
.
I
.
E
.
I
.
E
.
I
.
I
Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển
Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -
K1
10
-j X
δư
= -j
q
X
δư
- (-j
d
X
δư
)
Lúc này phương trình (1 - 5) trở thành:
= -j
d
X
d
-j
q
X
q
- r
ư
(1 -
6)
Với: X
d
= X
ưd
+ X
δư
X
q
= X
ưq
+ X
δư
X
d
: điện kháng đồng bộ dọc trục.
X
q
: điện kháng đồng bộ ngang trục.
Biểu diễn phương trình (1 - 6) trên đồ thị vectơ.
+ Trường hợp mạch từ bão hoà:
Đối với máy phát đồng bộ cực lồi việc thành lập đồ thị vectơ có xét
đến trạng thái bão hoà mạch từ có gặp nhiều khó khăn. Vì lúc đó từ thông
Φ
d
và
Φ
q
có liên quan với nhau và trạng thái bão hoà theo hai phương đó là
khác nhau. Như vậy X
ưd
không những phụ thuộc vào
Φ
d
mà còn phụ thuộc
vào
Φ
q
, và X
ưd
cũng tương tự. Để đơn giản, ta cho rằng từ thông dọc trục
và ngang trục chỉ ảnh hưởng theo hướng trục và giả sử rằng mức độ bão
hoà theo hướng ngang trục là đã biết (K
μq
đã biết).
Từ phương trình cân bằng điện áp:
Hình 1.6: Đồ thị sđđ đã biến đổi của máy điện cực lồi
E
ư
Ir
U
I
I
I
θ
ϕ
ψ
ψ
d
q
X
d
jI
d
jI
q
q
X
jI
q
X
.
I
.
I
.
I
.
U
.
E
.
I
.
I
.
I
Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển
Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -
K1
11
= - I
d
X
d
- I
q
X
q
-
rư
(1 - 7)
Vẽ đồ thị vectơ cho phương trình (1 - 7), trước hết ta vẽ vectơ ,
rư
, J
rư
, ta được E
δ
rồi từ hướng X
ưq
ta vẽ đoạn:
CD = X
ưq
=
ψCos
E−q
Và xác định phương của E.
Vì điểm D nằm trên phương của nên đoạn thẳng CF thẳng góc với
phương của E chính là
q
X
ưq
Đối với máy phát điện cực ẩn ta cũng có thể dựa trên phương trình
điện áp ở trường hợp mạch từ không bão hoà.
= - j (X
ư
+ X
δư
) - rư (1 - 8)
Lúc này xác định E
0
bằng đồ thị Potier
F
δ
= F
0
+ F
ư
=> F
0
= F
δ
- F
ư
Hình 1.7: Đồ thị vectơ sđđ của máy phát điện đồng bộ cực lồi khi bão hoà
E
F
D
O
I
ϕ
ψ
Ir
ư
U
ư
jIX
δ
C
E
ψ
ư
cos
ψ
jIX
δ
ư
ư
Ir
U
I
jIX
ư
E
δ
E
U
.
U
.
E
.
J
.
I
.
I
.
U
.
I
.
I
.
I
.
I
.
E
.
I
.
U
.
E
.
I
.
I
Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển
Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -
K1
12
b. Trường hợp động cơ điện:
Khi chuyển sang làm việc như động cơ điện đồng bộ, máy phát ra
công suất âm đưa vào mạng điện hay nói khác đi là tiêu thụ công suất điện
lấy từ mạng để biến thành cơ năng. Thông thường động cơ đồng bộ có cấu
tạo cực lồi, ta viết phương trình cân bằng điện áp cho trường hợp động cơ.
= + j
d
X
d
+ j
q
X
q
+ rư (1 -
9)
Ta có thể vẽ đồ thị vectơ cho 2 trường hợp: Thiếu kích từ và khi quá
kích từ.
Từ đồ thị sẽ cho ta thấy công suất do động cơ tiêu thụ từ mạng điện
là:
P = m . U . I .Cos
ϕ
< 0
U
Ir
ư
E
I
ψ
θ
I
q
jI
q
X
q
jI
d
X
d
I
I
θ
jI
d
X
d
jI
q
X
q
U
E
.
U
.
E
.
I
.
I
.
I
Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển
Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -
K1
13
2. Các đặc tính của máy phát đồng bộ
Khi vận hành bình thường máy phát đồng bộ cung cấp cho tải đối
xứng. Chế độ này phụ thuộc vào hộ tiêu thụ điện năng nối với máy phát,
công suất cung cấp cho tải không vượt quá giá trị định mức mà phải gần
bằng định mức. Mặt khác ở chế độ này thông qua các đại lượng như điện
áp, dòng điện, dòng kích từ, hệ số Cos
ϕ
, tần số f, và tốc độ quay n. Để phân
tích đặc tính làm việc của máy phát điện đồng bộ ta dựa vào 3 đại lượng
chủ yếu là: U, I, I
f
thành lập các đường đặc tính sau:
a. Đặc tính không tải:
Đặc tính không tải là quan hệ: E = U
0
= f (i
t
), khi I = 0 và f = f
đm.
Dạng đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ cực ẩn và cực lồi
khác nhau không nhiều và có thể biểu thị theo đơn vị tương đối:
E
*
=
E
E
đm
i
*
=
i
t
i
tđm0
Trong đó i
tđmo
là dòng điện không tải khi U = U
đm
Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển
Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 -
K1
14
Đường 1: Với máy cực ẩn
Đường 2: Với máy cực lồi
b. Đặc tính ngắn mạch:
Đặc tính ngắn mạch là quan hệ giữa dòng ngắn mạch và dòng kích từ
I
n
= f(i
t
) khi U = 0, Z
t
= 0, f = f
đm
Xét trường hợp bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng (r
ư
= 0) thì mạch
điện dây quấn phần ứng lúc ngắn mạch là thuần cảm
Ψ
= 90
0
, như vậy
I
q
= Cos
Ψ
= 0 và I
d
= Isin
Ψ
= I
Đồ thị vectơ của máy phát lúc ngắn mạch dựa vào phương trình cân
bằng điện áp:
= = j
d
X
d
- j
q
X
q
- r
ư
Vì r
ư
= 0; I
q
= 0 nên:
Ta được: = j X
d
(1 - 10)
Lúc này sơ đồ thay thế của máy là:
E
*
i
t*
(2)
(1)
Hình 1.11: Đặc tính không tải của máy phát đồng bộ
E
X
σư
I
E
X
ưd
jIX
d
jIX
ưd
jIX
σư
I
.
U
.
E
.
I
.
I
.
I
.
E
.
I
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét