Bài giảng Kỹ thuật điện 2 - Chương 3: Máy điện đồng bộ

0 21212 & 
( ) )()( 212 Z
s
Z
s Z
E
Z
EI ϕϕδϕ −∠−−∠=−∠ 
( ) )cos()cos(cos 212 Z
s
Z
s Z
E
Z
EI ϕϕδϕ −−= 
( ) )sin()sin(sin 212 Z
s
Z
s Z
E
Z
EI ϕϕδϕ +−=− 
E1
Re E2
jXsI 
I
ϕ2
δ
0
RaI 
ZsI
Re 
E2 
E1 
jXsI 
I 
ϕ2 
δ 
0 
RaI 
ZsI 
Zt E2 
Ra jXs 
I It 
Tải Eaf 
n 
Zs 
E1 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 19 
( )
s
a
Z Z
R=ϕcos ( )
s
s
Z Z
X=ϕsin 
s
a
Z X
Rarctg=α khi Ra << Xs thì αZ ≈ 0. 
)cos( 222 ϕIEP = 
)cos()cos(
2
221
2 Z
s
Z
s Z
E
Z
EEP ϕϕδ −−= 
( ) 222212 )90(sin
s
a
Z
o
s Z
RE
Z
EEP −−+= ϕδ 
( ) 2
2
221
2 sin
s
a
Z
s Z
RE
Z
EEP −+= αδ 
)sin( 222 ϕIEQ = 
)sin()sin(
2
221
2 Z
s
Z
s Z
E
Z
EEQ ϕϕδ −−−= 
2
2
221
2 )90cos(
s
s
Z
o
s Z
XE
Z
EEQ −−−−= ϕδ 
2
2
221
2 )90cos(
s
s
Z
o
s Z
XE
Z
EEQ −−+= ϕδ 
2
2
221
2 )cos(
s
s
Z
s Z
XE
Z
EEQ −+= αδ 
I 
0 
jXsI 
RaI 
ZsI 
ϕZ 
αZ 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 20 
Giả sử bỏ qua Ra (khi Ra << Xs, αZ ≈ 0): 
δsin212
sX
EEP = 
ss X
E
X
EEQ
2
221
2 cos −= δ 
sX
EEP 21max2 = khi δ = 90o. 
Khi máy phát cấp điện cho tải: 
δsin
s
af
t X
UE
P = 
ss
af
t X
U
X
UE
Q
2
cos −= δ 
Hay ( )
222
2 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ++
s
af
s
tt X
UE
X
UQP 
Sụt áp: UEU af −=Δ 
Độ sụt áp %: 100% U
UE
U af
−=Δ 
Khi máy phát cấp điện cho tải Thévenin: 
Zt U 
Ra jXs 
Ia It 
Tải 
If 
Rf 
Uf Φaf 
Eaf
n 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 21 
δsin
EQs
EQaf
XX
UE
P += EQs
EQ
EQs
EQaf
XX
U
XX
UE
Q +−+=
2
cosδ 
Tương tự, tính công suất cung cấp CHO nguồn E1: 
TỪ : ( ) 2
2
221
2 sin
s
a
Z
s Z
RE
Z
EEP −+= αδ 
SUY RA (đổi dấu góc δ): ( ) 2
2
121
1 sin
s
a
Z
s Z
RE
Z
EEP −+−= αδ 
Hay, công suất cung cấp BỞI nguồn E1: 
( ) 2
2
121
1 sin
s
a
Z
s Z
RE
Z
EEP +−= αδ 2
2
121
1 )cos(
s
s
Z
s Z
XE
Z
EEQ +−−= αδ 
Công thức này được áp dụng cho động cơ đồng bộ. 
E2 
Ra jXs 
I It 
Lưới Eaf 
n 
Zs 
E1 U 
U 
jXs 
I 
Eaf 
n 
jXEQ 
UEQ 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 22 
Khi bỏ qua Ra: 
( )δsin2121
sZ
EEPP == 
sX
EEPP 21max2max1 == 
Máy phát điện 3 pha: 
δϕ sin3cos3
s
af
tt X
UE
UIP == 
Zt E2 
Ra jXs 
I It 
Tải Eaf 
n 
Zs 
E1 
Zt U 
Ra jXs 
I It 
Tải Eaf 
n 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 23 
δπω sin
3
2
1
s
af
e X
UE
f
pPT ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛≈= 
s
af
eMAX X
UE
f
pT
3
2π= 
ss
af
t X
U
X
UE
Q
2
3cos3 −= δ Q > 0, tải cảm (RL) 
Đặc tuyến tải của MPĐB Đặc tuyến công suất phản kháng MPĐB 
δsin3
s
af
t X
UE
P = 
ss
af
t X
U
X
UE
Q
2
3cos3 −= δ 
_____________________________________________________________ 
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
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 24 
Ví dụ 4: (EX 5.6-p269) 
ReU 
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
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 25 
Ví dụ 5: (EX 5.7-p272) (trang 241) 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 26 
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: 
ƒ 
Zt U 
Ra jXs 
Ia It 
Tải 
If 
Rf 
Uf Φaf 
Eaf
n 
AVR 
If
0
R 
RL 
RC 
If0
I Iđm 
I 
U 
0 
R 
RL 
RC E 
Iđm 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 27 
Giới hạn công suất phản kháng của máy điện động bộ 
ss
af
t X
U
X
UE
Q
2
3cos3 −= δ 
Do: ( )
222
2 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ++
s
af
s
tt X
UE
X
UQP 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 28 
Giới hạn công suất máy điện đồng bộ 
Đặc tính hình V 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 29 
II.4. Phân bố công suất của máy phát đồng bộ 
II.5. Ghép song song máy phát điện đồng bộ 
Power Plants Around the World photo gallery landing page: 
N
S
A+
B+
C+B-
A-
C-
Pkt Pout 
Pcơ 
Pcơ 
Pđt Pout 
Pđ Pth_cơ Ps 
 Pkt 
Pin Pcơ 
Pkt 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 30 
III. Động cơ đồng bộ 
III.1. Mạch tương đương 
( ) asaaf IjXREU &&& +=− afphdqaf NkfE Φ= ....2π 
Nếu bỏ qua Ra: 
IjXEU saf &&& += , ( )ϕδ −∠+∠=∠ IjXEU safo0
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
δ0
ReU 
E 
jXsI
I 
ϕ δ 
0 
U 
Ra jXs 
I 
Eaf 
n 
E2 E1 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 31 
III.2. Đặc tính công suất - góc 
( ) 2
2
121
1 sin
s
a
Z
s Z
RE
Z
EEP +−= αδ 
2
2
121
1 )cos(
s
s
Z
s Z
XE
Z
EEQ +−−= αδ
Đặc tuyến công suất – góc tải của ĐCĐB Đặc tuyến CSPK – góc tải của ĐCĐB 
δsin
s
af
X
UE
P = δcos
2
s
af
s X
UE
X
UQ −= 
Q > 0, tải cảm (RL) 
δπω sin
3
2
1
s
af
e X
UE
f
pPT ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛≈= 
s
af
eMAX X
UE
f
pT
3
2π= 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 32 
Nhận xét: 
ƒ Khi δ < 90o, nếu rotor chậm lại → δ tăng → P tăng → rotor nhanh hơn. 
ƒ 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 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 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 33 
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 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 34 
Ví dụ 6: (EX 5.8-p279) (trang 244) 
================= HẾT =======================
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 35 
ĐỘNG CƠ: 
Từ trường quay trong động cơ đồng bộ khi không tải 
V~Ftotal &
r
, IjX~F ss &
r
, E~Fr &
r
 0E =& V5.0E && = 
 Q > 0, tải cảm (RL) 
 VE && = V5.1E && = 
 I = 0 
 Q = 0 
 Q < 0, tải dung (RC) 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 36 
Từ trường quay khi có tải Mạch tương đương ĐCĐB 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 37 
MÁY PHÁT: 
Mạch tương đương của MPĐB Từ trường quay trong MPĐB (quá kích từ) 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 38 
B. Máy điện đồng bộ có rotor cực từ lồi: 
 Rotor cực từ lồi Rotor cực từ ẩn 
N S 
A- 
B+
A+
C+ 
C- 
B- 
A
B
C
N 
S 
A+
B+
C+B-
A-
C-
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 39 
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
Tải L: 
Zt U 
Ra jXs 
Ia It 
Tải Eaf 
n 
ReU 
Eaf
jXsI
I 
0 
ReU 
Eaf 
jXsI 
I 
ϕt 
δ 
0 
ϕ 
Eaf
Re 
U
jXsI
I 
ϕt
δ
0
A 
B 
C 
N 
N
S
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 40 
Từ thông phản ứng phần ứng dọc trục 
 Tải RC Tải R 
Từ thông phản ứng phần ứng ngang trục 
Eaf
Re U
jXsI
I
0
Eaf 
Re 
U 
jXsI 
I 
ϕt δ 0 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 41 
Từ thông phản ứng phần ứng ngang trục nhỏ hơn dọc trục 
Với Xal là điện kháng từ tản không phụ thuộc theo phương dọc trục hay ngang trục. 
ReU 
Eaf 
jXsI 
I 
ϕt 
δ 
0 
ϕ 
Eaf
Re 
U 
jXsI
I
ϕt
δ
0 
A 
B 
C 
N 
N
S
N 
S 
A+
B+
C+B-
A-
C-
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 42 
Zt U 
Ra jXA 
Ia It 
Tải Eaf 
n 
jXal 
ER 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 43 
Xd = Xal + XAd 
Xq = Xal + XAq 
Thường Xq = (0,6-0,7)Xd 
Với Xal là điện kháng từ tản không phụ thuộc theo phương dọc trục hay ngang trục. 
( ) aalaR IjXRE && += 
( ) qAqdAdaalaaf IjXIjXIjXRUE &&&&& ++++= 
qqddaaaf IjXIjXIRUE &&&&& +++= 
Zt U 
Ra jXA 
Ia It 
Tải Eaf 
n 
jXal 
ER 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 44 
aqaa IjXIRU &&& ++ sẽ xác định phương Eaf. 
Khi tính gần đúng có thể xem máy đồng bộ cực từ lồi giống như máy cực từ ẩn, 
khi đó Xq = Xd và: 
adaaqdddaaaf IjXIRUIjXIjXIRUE &&&&&&&& ++=+++= 
Khi làm việc ở định mức, sự sai biệt là không nhiều. Nhưng khi làm việc ở thiếu kích từ thì 
sự sai biệt sẽ đáng kể. 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 45 
ĐẶT TÍNH CÔNG SUẤT – GÓC 
CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CỰC TỪ LỒI 
XdT = XEQ + Xd 
XqT = XEQ + Xq 
U 
jXd 
 jXq 
I 
Eaf 
n 
jXEQ 
VEQ 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 46 
(sin(2δ) = 2sinδ.cosδ ) 
.... tạo ra moment phảng kháng (từ trở) có xu hưởng làm thẳng hàng rotor 
và stator, và không phụ thuộc Eaf. 
Khi máy phát định mức, thành phần này khoảng 10%. Thành phần này 
đáng kể khi Eaf nhỏ. 
Nhờ thành phần từ trở này mà δ nhỏ hơn, máy cực từ lồi làm việc ổn định 
hơn máy cực từ ẩn. 
Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B 
Hình vẽ Chương 3: Máy điện đồng bộ 47