Chương 5 MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

5.1. CHUẨN ĐẦU RA

• Trình bày ược kết cấu, thông số ịnh mức, nguyên lý làm việc của máy phát, ộng cơ và máy bù ồng bộ.
• Trình bày ược mối quan hệ giữa các ại lượng dòng, áp, sức iện ộng, công suất trong máy iện ồng bộ.
• Tính toán các thông số làm việc cơ bản của máy iện ồng bộ.
• Phân tích ược quá trình biến ổi năng lượng, phản ứng phần ứng trong máy iện ồng bộ.
• Hiểu các chế ộ làm việc, nguyên tắc vận hành, khống chế, iều khiển ở các chế ộ làm việc của máy phát iện và ộng cơ, máy bù ồng bộ trên lưới iện.

5.2. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

5.2.1. KẾT CẤU, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, TRỊ SỐ ĐỊNH MỨC, CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ.

5.2.1.1. Kết cấu

1. Phần tĩnh (Stator)
   • • Mạch từ: Là lõi thép, ược ghép bằng các lá thép kỹ thuật iện có chiều dày khoảng 0,3 – 0,5 mm, ược cách iện hai mặt ể chống dòng Fucô, mạch từ ược ặt trong lõi máy.
     • Mạch iện: Là cuộn dây, dây quấn stator gọi là dây quấn phần ứng.
2. Phần quay (rôto)
   • Rôto máy iện không ồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ dùng ể tạo ra từ trường cho máy, ối với máy nhỏ rôto là nam châm vĩnh cửu.
   • Có hai loại rôto: Rôto cực ẩn và rôto cực lồi.

+ Rôto cực lồi dùng ở các máy có tốc ộ thấp, có nhiều ôi cực.

Hình 5.1. Rôto cực lồi.

+ Rôto cực ẩn thường dùng ở các máy có tốc ộ cao, có một ôi cực. Để có sức iện ộng sin, từ trường của cực từ rôto phải phân bố hình sin dọc theo khe hở không khí giữa stator và rôto, ở ỉnh các cực từ có từ cảm cực ại. Đối với rôto cực ẩn, dây quấn kích từ ược ặt trong các rãnh, ối với rôto cực lồi dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ.

Hình 5.2. Rôto cực ẩn.

1. Phân loại

• Phân loại theo kết cấu:

+ Rôto cực ẩn.

+ Rôto cực lồi.

• Theo chức năng:

+ Máy phát ồng bộ như tubin hơi nước… + Động cơ ồng bộ.

+ Máy bù ồng bộ.

5.2.1.2. Nguyên lý làm việc

a) Máy phát ồng bộ

Hình 5.3. Nguyên lý làm việc của máy phát iện một chiều.

Đưa nguồn một chiều (dòng I_kt không ổi ) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường rôto bằng ộng cơ sơ cấp, từ trường của rôto sẽ cắt dây quấn phần ứng stator và cảm ứng sức iện ộng xoay chiều hình sin có trị hiệu dụng là:

(5.1)

Trong ó E₀, w₁, k_dq, lần lượt là sức iện ộng pha, số vòng dây một pha, hệ sô dây quấn, từ thông cực từ rôto.

Nếu rôto có p ôi cực, khi rôto quay ược một vòng, sức iện ộng phần ứng sẽ biến thiên chu kỳ. Do ó tần số f của sức iện ộng các pha lệch góc nhau 120⁰.

(5.2)

Với n o bằng vòng/phút.

Dây quấn ba pha stator có trục lệch nhau trong không gian một góc 120⁰, cho nên sức iện ộng các pha lệch nhau một góc 120⁰. Khi dây quấn stator nối với tải, trong các dây quấn sẽ có dòng iện ba pha giống như ở máy iện không ồng bộ, dòng iện ba pha trong ba dây quấn sẽ tạo nên ba từ trường quay với tốc ộ là:n₁ ^60f úng bằng tốc ộ n của rôto, do ó loại máy iện p

này gọi là máy iện ồng bộ.

b) Động cơ ồng bộ

Cho dòng iện ba pha i_A, i_B, i_C vào ba pha dây quấn stator, dòng iện ba pha

60f ở stator sinh ra từ trường quay với tốc ộ n₁  . Khi cho dòng iện một p

chiều vào dây quấn rôto, rôto biến thành một nam châm vĩnh iện. Tác dụng giữa từ trường stator và rôto sinh ra lực từ tác dụng lên rôto. Lực từ kéo rôto quay với tốc ộ quay n₁ của từ trường quay.

5.2.1.3. Các thông số ịnh mức

• : Công suất ịnh mức, [kVA].
• : Công suất tác dụng ịnh mức, [kW]
• : Công suất phản kháng ịnh mức, [kVAr] - : Điện áp ịnh mức, [kV].
• : Điện áp kích từ, [kV].
• : Hệ số công suất ịnh mức.
• : Dòng iện ịnh mức, [A].
• : Dòng iện kích từ, [A].

• Dòng iện mở máy, [A].
• : Tốc ộ ịnh mức, [vòng/phút].
• : Hiệu suất ịnh mức.
• : Điện kháng ồng bộ, [Ω].

5.2.2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 5.2.2.1. Phương trình cân bằng iện áp của máy iện ồng bộ - Sức iện ộng do từ trường trong khe hở sinh ra:

(5.3)

Với: là sức iện ộng phần ứng.

• Đối với máy phát iện ồng bộ:

(5.4)

• Đối với ộng cơ iện ồng bộ (hoặc máy bù ồng bộ):

(5.5)

Trong ó:

: iện áp ở ầu cực máy. và : iện trở và iện kháng tải của dây quấn phần ứng.

là sức iện ộng cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe hở.

• Đối với máy phát iện ồng bộ cực ẩn:

(5.6)

Với: : iện kháng ồng bộ.

: sức iện ộng không tải.

• Đối với máy phát iện ồng bộ cực lồi:

(5.7)

Với : : iện kháng ồng bộ dọc trục.

: iện kháng ồng bộ ngang trục.

• Đối với ộng cơ iện ồng bộ cực lồi:

(5.8)

• Moment iện từ ược tính như máy iện không ồng bộ

5.2.2.2. Phản ứng phần ứng của máy iện ồng bộ

Khi ấu tải vào dây quấn phần ứng máy phát, mạch kín cho dòng qua tải. Dòng qua tải có tính chất của dòng cảm ứng vì ược sinh ra bởi các sức iện ộng cảm ứng từ ba pha dây quấn trên statorr máy phát. Theo ịnh luật Lenz các dòng cảm ứng có khuynh hướng tạo các hệ quả ối kháng lại nguyên nhân ban ầu sinh ra nó. Do ó các dòng qua phần ứng hình thành từ trường tương tác lên từtrường phần cảm. Sự tương tác giữa hai thành phần từ trường này ược gọi là phản ứng phần ứng. Tùy thuộc vào tính chất của tải (hệ số công suất của tải) ta có 3 trường hợp sau khi xét phản ứng phần ứng.

+ Tải thuần trở: sức iện ộng E cùng pha với dòng iện I ().

Hình 5.4. Phản ứng phần ứng với tải thuần trở.

Vậy từ thông phần cảm và phần ứng có phương vuông góc với nhau. Kết quả của sự tương tác này làm từ thông phần cảm có thay ổi và ảnh hưởng ến giá trị của sức iện ộng sinh ra trên mỗi pha. Vì phương của các từ thông này vuông góc với nhau, ta nói phản ứng phần ứng là dạng khử từ ngang trục.

+ Tải thuần cảm: sức iện ộng E lệch pha với dòng iện I một góc

Hình 5.5. Phản ứng phần ứng với tải thuần cảm.

Vậy từ thông phần ứng có khuynh hướng khử từ thông phần cảm. Vì hướng của các từ thông ngược nhau, ta nói phản ứng phần ứng là dạng khử từ dọc trục.

+ Tải thuần dung: sức iện ộng E lệch pha với dòng iện I một góc

Hình 5.6. Phản ứng phần ứng với tải thuần dung.

Từ thông phần cảm và phần ứng cùng hướng với nhau, ta nói từ thông phần ứng có khuynh hướng hổ trợ từ thông phần cảm. Phản ứng phần ứng là dạng trợ từ dọc trục.

5.2.2.3. Quá trình năng lượng trong máy iện ồng bộ.

1. Chế ộ máy phát

Hình 5.7. Giản ồ năng lượng của máy phát iện ồng bộ.

• • Công suất iện từ:

(5.9)

Trong ó: là công suất iện ưa vào ộng cơ,[kW].

là tổn hao cơ , [W]. là tổn hao kích từ , [W].

là tổn hao phụ , [W].

• • Công suất iện ầu ra:

(5.10)

Trong ó: là công cơ hữu ích, [kW].

là tổn hao ồng , [W]. là tổn hao sắt , [W].

1. Chế ộ ộng cơ

Hình 5.8. Giản ồ năng lượng của ộng cơ iện ồng bộ.

• • • • Công suất iện từ:

(5.11)

• • • • Công hữu ích:

(5.12)

• • • • Hiệu suất của máy iện ồng bộ:

(5.13)

• • • • Công suất iện:

(5.14)

• • • • Tổn hao ồng trong dây quấn phần ứng:

(5.15)

• • • • Tổn hao ồng trong dây quấnkích từ:

(5.16)

• • • • Tổng tổn hao:

(5.17)

5.2.3. ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ, CÁC ĐẶC TÍNH CỦA

MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

5.2.3.1. Đặt tính góc công suất tác dụng

• Đặc tính góc công suất máy cực từ lồi

Nếu X_d, X_q >> R, iện trở phần ứng có thể bỏ qua:

(5.18)

(5.19)

Trong ó: m là số pha stator.

U, I là iện áp và dòng iện pha.

• Đặc tính góc công suất máy cực từ ẩn

Nếu X_b >> R, iện trở phần ứng có thể bỏ qua:

(5.20)

(5.21)

Trong ó: E_f là số sức iện ộng .

5.2.3.2. Đặt tính góc công suất phản kháng

- Công suất phản kháng của máy iện ồng bộ:

(5.22)

(5.23)

Biểu thức (5.21) là công suất phản kháng cua 1 máy ồng bộ viết theo các thông số của máy.

5.2.3.3. Đặt tính của máy phát iện ồng bộ

- Đặc tính không tải: .

+ Đặc tính không tải là quan hệ giữa sức iện ộng E cảm ứng ra quấn dây stator với dòng iện kích từ khi dòng iện tải bằng không trong hệ ơn vị tương ối với:

(5.24)

(5.25)

Trong ó: là dòng iện không tải khi U = U_m.

: sức iện ộng và dòng iện tương ối.

Hình 5.9. Đặc tính không tải.

+ Ở giai oạn ầu khi I_kt tăng iện áp tăng như tuyến tính, ở giai oạn hai dòng kích từ tăng nhưng U_kt tăng chậm, ở giai oạn ba U_kt gần như không tăng.

• Đặc tính ngắn mạch: .

+ Khi dòng iện kích từ càng tăng thì dòng ngắn mạch càng lớn.

Hình 5.10. Đặc tính ngắn mạch.

Tỷ số ngắn mạch: Tỷ số ngắn mạch K là tỷ số dòng iện ngắn mạch I_no ứng với dòng iện kích thích sinh ra suất iện ộng E = U_m khi không tải với dòng iện ịnh mức, khi K càng lớn thì ∆U nhỏ và công suất phát lớn.

(5.26)

Trong ó: là dòng iện khi ngắn mạch.

: dòng iện kích thích khi không tải lúc U₀ = U_m.

: dòng iện kích thích lúc ngắn mạch khi I = I_m.

• Đặc tính ngoài .

Hình 5.11. Đặc tính ngoài.

+ Nếu dòng kích từ không ổi khi tăng tải ở mạch ngoài với tải trở là tải cảm iện áp giảm xuống và ối với tải dung thì iện áp tăng lên. (5.27)

.

+ Đặc tính iều chỉnh cho ta biết hướng iều chỉnh dòng kích từ, thông thường tăng I_kt lên 1,7 ến 2,2 lần với tải cảm ở trạng thái quá kích thích.

Hình 5.12. Đặc tính iều chỉnh.

5.2.4. MÁY PHÁT ĐIỆN LÀM VIỆC SONG SONG, ĐỘNG CƠ VÀ MÁY BÙ

ĐỒNG BỘ

5.2.4.1. Điều kiện ghép máy phát ồng bộ làm việc song song - Điện áp của máy phát U_F phải bằng iện áp của lưới iện U_L.

• Tần số của máy phát f_F phải bằng tần số của lưới iện f_L.
• Máy phát và lưới iện phải cùng thứ tự pha.
• Điện áp của máy và của lưới iện phải trùng pha nhau.

5.2.4.2. Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy phát ồng bộ

• Điều chỉnh công suất tác dụng của máy phát iện ồng bộ là iều chỉnh công suất sơ cấp:

+ Hệ số năng lực quá tải:

(5.28)

Trong ó: là công suất tác dụng cực ại.

+ Đối với máy cực ẩn thì hệ số năng lực quá tải là:

(5.29)

• Điều chỉnh công suất phản kháng của máy phát iện ồng bộ bằng cách thay ổi dòng kích từ I_kt làm E thay ổi suy ra Q thay ổi:

+ Từ biểu thức công suất phản kháng (5.23)

 Khi giữ U, f và P không ổi thì:

Nếu:

• • • • E₀ cos < U thì Q < 0

• • • • E₀ cos = U thì Q = 0

• • • • E₀ cos > U thì Q > 0

• • Khi Q < 0 nghĩa là máy không phát công suất phản kháng, mà nhận công suất phản kháng từ lưới iện ể tạo ra từ trường, máy thiếu kích từ.
  • Khi Q > 0 máy phát công suất phản kháng cung cấp cho tải, máy quá kích từ.

5.2.4.3. Động cơ và máy bù ồng bộ

1. Động cơ iện ồng bộ

Cấu tạo của ộng cơ iện ồng bộ giống như máy phát iện ồng bộ ba pha. Dây quấn ba pha trên stator có cùng số cực như rôto. Các phương pháp tạo dòng kích từ cho các cực từ rôto cũng giống trong máy phát. Rôto thường có dạng cực lồi và có một iểm khác so với máy phát là ngoài cuộn kích từ, nó còn có thêm cuộn ệm ặt trong mặt các cực và giống dạng rôto lồng sóc trong ộng cơ không ồng bộ ( cuộn ệm dùng ể mở máy ).

1. Máy bù ồng bộ

• Khi ộng cơ quay không tải, nó cũng tiêu thụ công suất ể bù vào các tổn hao. Công suất này rất nhỏ, nếu ộng cơ làm việc thừ kích từ với I_ư khá lớn thì ộng cơ gần giống tụ iện và ược dùng ể nâng cao hệ số công suất của lưới iện. Trong các nhà máy sử dụng nhiều ộng cơ không ồng bộ, chúng sẽ tiêu thụ công suất phản kháng.
• Khi ấu song song một ộng cơ ồng bộ làm việc không tải và quá kích từ, nó sẽ phát công suất phản kháng và sẽ có lợi:
  • Độ sụt áp thấp.
  • Tăng ộ ổn ịnh cung cấp iện.
  • Giảm ược giá iện

Động cơ ồng bộ làm việc như trên gọi là máy bù ồng bộ.

c) Các phương pháp mở máy ộng cơ ồng bộ

• Để tạo moment mở máy, trên các mặt từ rôto người ta ặt các thanh dẫn ược ngắn mạch như lồng sóc. Nhờ vậy sẽ làm quay rôto với tốc ộ ồng bộ với từ trường stator.
• Khi mở máy, nhờ dây quấn mở máy trên các mặt từ ộng cơ làm việc như ộng cơ không ồng bộ. Nhược iểm của ộng cơ iện ồng bộ là mở máy và cấu tạo phức tạp nên giá thành ắt.

+ Mở máy theo phương pháp không ồng bộ.

+ Các phương pháp mở máy khác ( mở máy trực tiếp).

• • • • Nối thẳng dây quấn kích từ trong suốt quá trình mở máy.
      • Mở máy theo phương pháp hòa ồng bộ.
      • Mở máy ộng cơ ồng bộ bằng nguồn có tần số thay ổi.

5.2.4.4. Các máy iện ồng bộ có cấu tạo ặc biệt.

• Máy phát iện ồng bộ một pha.
• Động cơ iện ồng bộ một pha.
• Ngoài các máy có dây quấn kích từ, còn gặp các máy rôto là nam châm vĩnh cửu hoặc rôto cực lồi không nam châm ( ộng cơ phản kháng). Trong công nghiệp dùng ộng cơ ồng bộ công suất lớn làm việc không tải và dòng iện kích từ iều chỉnh ược ể ộng cơ phát ra công suất phản kháng hoặc tiêu thụ công suất phản kháng, mục ích là iều chỉnh iện áp lưới iện.

5.3. BÀI TẬP ỨNG DỤNG

5.3.1. BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI

Bài 1: Máy phát iện ồng bộ ấu Y iện áp 6,3 kV cung cấp cho tải ba pha ấu Y có tổng trở pha Z = 20 + j20 Ω .

1. Xác ịnh hệ số cos của máy.

1. Khi hòa thêm một máy bù ồng bộ với công suất bù 100 – j600 kVA thì hệ số cos của toàn hệ thống sau khi bù là bao nhiêu.

GIẢI:

1. Ta có hệ số cos ược tính như sau:

1. Dòng iện ịnh mức pha của máy phát trước khi hòa thêm một máy bù ồng bộ là:

Vậy tổng công suất biểu kiến của máy phát trước khi bù là:

Vậy tổng công suất sau khi bù là:

Ta suy ra hệ số công suất:

Bài 2: Máy phát iện ồng bộ một pha cung cấp cho hộ tiêu thụ 1200 + j200 kVA với iện áp 6,3 kV.

1. Xác ịnh P, Q, S của máy phát.
2. Khi hòa thêm một máy bù ồng bộ với S = 30 – 20j kVA.Tính cos .

GIẢI:

1. Ta có P = 1200 kW, Q = 200 kVAr vậy:

1. Khi hòa thêm một máy bù ồng bộ với S = 30 – 20j kVA thì ta có:

Vậy hệ số công suất:

Bài 3: Máy phát iện ồng bộ ba pha cực ẩn nối Y có S = 280 kVA, U = 380 V, cos = 1, iện kháng ồng bộ là 0,2 Ω bỏ qua iện trở phần ứng. a. Tính I_m.

b. Tính iện áp máy phát khi không tải.

GIẢI:

1. Dòng iện ịnh mức:

1. Điện áp ịnh mức khi không tải là:

Ta vẽ ồ thị vectơ cho trường hợp này là:

Hình 5.13. Đồ thị vecto khi tải thuần trở.

Từ ồ thị này ta suy ra:

Vậy iện áp máy phát lúc không tải là:

Bài 4: Động cơ ồng bộ ba pha dây quấn stator nối Y nhãn máy ghi: P_m = 1000 Kw, U_m = 6 kW, I_m = 113 A, 2p = 4, f = 50 Hz, ɳ = 0,86. a. Tính tốc ộ ịnh mức và hệ số công suất của ộng cơ.

b. Tính tổng các tổn hao trong ộng cơ.

GIẢI:

1. Tốc ộ ịnh mức của ộng cơ:

Ta có:

Vậy hệ số công suất của ộng cơ là:

1. Tổng tổn hao trong ộng cơ:

Bài 5: Một máy phát iện ồng bộ cung cấp cho hộ tiêu thụ một công suất 2500 + j3000 kVA với iện áp 6,3 kV. Xác ịnh tổng tổn hao trên ường dây và trong máy phát, biết rằng iện trở một pha của ường dây r_d = 0,15 Ω, của máy phát r_ư = 0,045 Ω. Nếu ặt thêm một máy bù ồng bộ với công suất bù là 30 j3000 kVA thì tổng tổn hao trên là bao nhiêu?

GIẢI:

Công suất của tải:

Dòng iện tải khi chưa bù:

Hệ số công suất khi chưa bù:

Tổng tổn hao khi chưa bù:

Công suất của máy khi có bù:

Dòng iện tương ứng sau khi bù là:

Tổng tổn hao khi bù:

Hệ số công suất sau khi bù bằng 1 vì Q sau khi bù bằng 0.

Bài 6: Cho máy phát ồng bộ ba pha: có công suất và iện áp là: 30 kVA; 220 V, dây quấn stator ấu Y. Biết tổng trở ồng bộ một pha của máy phát là: Z = R_pha + jX_pha = 0,4 + 1,2 Ω. Tính ộ thay ổi iện áp khi máy phát ầy tải với iện áp cấp ến tải bằng ịnh mức. Biết hệ số công suất tải là 0,8 trễ.

GIẢI:

Dòng iện ịnh mức cấp ến tải :

Điện áp ịnh mức pha cấp ến tải:

Hình 5.14. Giản ồ vector dùng xác ịnh ộ thay ổi iện áp với tải có tính cảm.

Từ giản ồ vector Hình 5.1, khi chọn dòng I_pha làm chuẩn, ta suy ra quan hệ sau:

Thay số vào ta ược:

Độ thay ổi iện áp khi tải ịnh mức và HSCS tải 0,8 trễ là:

Bài 7: Một máy phát iện ồng bộ ba pha ấu hình Y có: S_m = 2000 kVA, U_m = 2,3 kV, R_ư = 0,0425 Ω, mạch kích từ tiêu thụ từ nguồn U_kt = 220 V, I_kt = 35 A, ∆P_Fe = 41,2 kW, ∆P_cơ = 22,8 kW, bỏ qua tổn hao phụ. Tính tổng tổn hao và hiệu suất của máy phát biết cos = 0,8

GIẢI:

Dòng iện ịnh mức:

Tổng hao dây quấn kích từ:

Tổn hao ồng trong dây quấn phần ứng:

Tổng tổn hao công suất theo công thức (5.17):

Hiệu suất của máy theo công thức (5.13):

Bài 8: Một ộng cơ iện ồng bộ ba pha ấu hình sao có các số liệu sau: P_m = 575 kW, U_m = 6 kV, 2p = 6, cos = 1, = 50 Hz, = 0,95.

1. Tính moment quay của ộng cơ, dòng iện ịnh mức.
2. Nếu moment cản bằng 75% M_m thì công suất phản kháng tối a của ộng cơ có thể bù là bao nhiêu ? Muốn ạt ược iều ó phải làm như thế nào ?

GIẢI:

1. Tốc ộ ộng cơ:

Moment quay của ộng cơ:

Công suất tiêu thụ của ộng cơ:

Dòng iện ịnh mức của ộng cơ:

1. Tổng tổn hao:

Công suất cơ khi moment cản M_cản =0,75 M_m:

Công suất iện tiêu thụ lúc moment cản giảm còn 75% là:

Công suất biểu kiến:

Công suất phản kháng khi moment cản còn 75% là:

Vậy muốn tăng công suất phản kháng thì phải tăng dòng iện kích từ của ộng cơ.

Bài 9: Một máy phát iện ồng bộ cung cấp cho hộ tiêu thụ có:

S_m = 2500 + j3000 kVA, U_m = 6,3 kV.

1. Xác ịnh tổng tổn hao trên ường dây và trong máy phát. Tính hệ số cos ?

Biết iện trở của ường dây R_d = 0,15 Ω, R_ư = 0,045 Ω.

1. Nếu ặt thêm vào một máy bù ồng bộ có công suất S_bù = 30 – j3000 kVA, thì tổng tổn hao ∆P’ = ?, Biết cos = 1. Tính công suất phản kháng lúc có bù.

GIẢI:

Công suất biểu kiến của máy phát:

Dòng iện ịnh mức cấp cho tải khi chưa bù:

Hệ số công suất khi chưa bù:

Tổng tổn hao của dây ồng:

b. Tổng công suất biểu kiến khi bù là:

Dòng iện khi bù:

Tổng tổn hao của dây ồng khi có bù:

Công suất phản kháng khi có bù với cos = 1 suy ra sin = 0 vậy Q = 0

Bài 10: Một nhà máy iện tiêu thụ công suất iện P_t = 700 kW, với cos = 0,7. Nhà máy có thêm một tải cơ với P_cơ = 100 kW. Để kéo và kết hợp với nâng cao cos , người ta chọn một ộng cơ ồng bộ có hiệu suất = 0,88. Xác ịnh công suất của ộng cơ ể nâng hệ số công suất của nhà máy ạt 0,8.

GIẢI:

Công suất tiêu thụ của ộng cơ:

Tổng công suất tiêu thụ của nhà máy:

Công suất phản kháng trước khi bù:

Công suất phả kháng của nhà máy khi có ộng cơ bù:

Công suất phản kháng của ộng cơ bù:

Dấu “ ˮ chứng tỏ ộng cơ phát công suất phản kháng Công suất biểu kiến của ộng cơ:

Vậy cần phải chọn ộng cơ có dung lượng ịnh mức S_m 154 [kVA] ể nâng hệ số công suất của nhà máy ạt 0,8.

5.3.2. BÀI TẬP CÓ ĐÁP SỐ

Bài 1. Cho máy phát ồng bộ ba pha: có công suất và iện áp là: 40 kVA; 220 V, dây quấn stator ấu Y. Biết tổng trở ồng bộ một pha của máy phát là: Z = R_pha + jX_pha = 0,5 + 1,2 Ω. Tính ộ thay ổi iện áp khi máy phát ầy tải với iện áp cấp ến tải bằng ịnh mức. Biết hệ số công suất tải là 0,8 sớm.

Đáp số: = 26,7 [%]

Bài 2. Cho hai máy phát iện ồng bộ làm việc song song, cung cấp iện cho hai tải:

Tải 1: S_t1 = 5000 kVA ; cos= 0,8

Tải 2: S_t2 = 3000 kVA ; cos= 1

Máy thứ nhất phát ra P₁ = 4000 kW; Q₁ = 2500 kVAr.

Tính công suất máy phát thứ hai và hệ số công suất mỗi máy phát.

Đáp số: P₂ =3000 [kW]; Q₂ = 500 [kVAr]. cos = 0,848 [vg/ph], cos = 0,986

Bài 3. Một máy phát iện ồng bộ ba pha cực ẩn có:

, ấu Y, iện trở dây stato R_d = 0,45 Ω, iện kháng

ồng bộ X_b = 6 Ω.

1. Một tải có dòng iện bằng dòng ịnh mức, U = 6,6 kV, . Tính dòng iện, công suất phản kháng và tác dụng của tải.
2. Nếu cắt tải và dòng iện kích từ vẫn giữ giá trị như lúc có tải, thì iện áp ầu cực máy phát bằng bao nhiêu.

Đáp số: a. I = 131,2 [A]; P = 1200 [Kw].

Q = 900 [kVAr]

b. U_0F = 7569 [V]

Bài 4. Một máy phát iện ồng bộ ba pha cực ẩn ấu sao: S_m = 10000 kVA, U_m = 6,3 kV, f = 50 Hz, cos = 0,8, số ôi cực p = 2, iện trở dây quấn stator R = 0,04 Ω, iện kháng ồng bộ X_b = 1 Ω, tổn hao cơ, sắt từ và phụ bằng 2,4%P_m, tổn hao kích từ ∆P_kt = 2%P _m.

1. tính tốc ộ quay rôto, dòng iện ịnh mức.
2. Tính công suất tác dụng và phản kháng máy phát ra, công suất ộng cơ sơ cấp kéo máy phát và hiệu suất máy phát khi máy làm việc ở chế ộ ịnh mức.

Đáp số: a. n = 1500 [vg/ph]; I_m = 916,5[A]. b. Q = 6000 [kVAr], P = 8000 [kW] P₁ = 8452,8 [W]; = 0,946

Bài 5. Trên nhãn máy một máy phát ghi: S_m = 108 MVA, U_m = 13,8 kV, máy phát ấu hình sao, tần số 50 Hz, n_m = 1200 vg/ph. Tính công suất và dòng iện ịnh mức, công suất kéo máy phát P₁? Moment kéo máy phát M₁? Biết hiệu suất bằng 0,97, cos = 1.

Đáp số: P_m = 108 [MVA]; I_m = 4518,4[A].

P₁ = 111,34 [MW], M₁ = 0,886 10⁶ [Nm]

5.4. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM

Câu 1. Theo ứng dụng máy iện ồng bộ ược phân loại thành: a. Máy phát ồng bộ, ộng cơ ồng bộ và máy bù ồng bộ.

1. Máy ộng bộ cực lồi, máy ồng bộ cực ẩn.
2. Máy ồng bộ kiểu trục ứng, máy ồng bộ kiểu trục ngang.
3. Máy phát thủy iện, máy phát nhiệt iện và máy phát iezen.

Câu 2. Theo số pha máy phát ồng bộ ược phân loại thành: a. Máy phát ồng bộ một pha, máy phát ồng bộ ba pha.

1. Máy phát ồng bộ một pha, hai pha và máy phát ồng bộ ba pha.
2. Máy phát ồng bộ một pha, hai pha và máy phát ồng bộ nhiều pha.
3. Máy phát thủy iện, máy phát nhiệt iện và máy phát iezen. Câu 3. Hệ kích từ cho máy phát ồng bộ có thể gồm các dạng sau: a. Hệ kích từ dùng máy phát một chiều.
4. Hệ kích từ dùng máy phát xoay chiều kết hợp với bộ chỉnh lưu.
5. Hệ tự kích từ.
6. Tất cả các hệ trên.

Câu 4. Roto của máy iện ồng bộ cực ẩn thường ược chế tạo có tỉ lệ ường kính /chiều dài nhỏ vì:

1. Thích hợp với số ôi cực ít, làm việc ở tốc ộ cao.
2. Chỉ ược ặt nằm ngang khi lắp ặt.
3. Thường ược chế tạo với công suất bé.
4. Những lý do khác.

Câu 5. Roto của máy iện ồng bộ cực lồi thường ược chế tạo có tỷ lệ ường kính / chiều dài lớn là vì:

1. Chỉ ược lắp ặt kiểu trục ứng
2. Thường ược chế tạo với công suất lớn
3. Thích hợp với số ôi cực nhiều, làm việc ở tốc ộ thấp
4. Những lý do khác

Câu 6. Từ trường trong khe hở của máy iện ồng bộ khi làm việc với tải gồm:

1. Từ trường kích từ do dòng kích từ một chiều sinh ra và từ trường quay do dòng iện trong dây quấn phần ứng sinh ra.
2. Từ trường chính và từ trường tản.
3. Từ trường không ổi do dòng kích từ một chiều sinh ra và từ trường biến thiên do dòng iện xoay chiều trong dây quấn phần ứng sinh ra.
4. Từ trường ập mạch và từ trường quay.

Câu 7. Trong máy iện ồng bộ quan hệ giữa tốc ộ quay của từ trường phần ứng và tốc ộ quay của từ trường kích từ là: a. Luôn ồng bộ với nhau.

1. Tốc ộ quay của từ trường phần ứng là lớn hơn khi là ộng cơ.
2. Tốc ộ quay của từ trường kích từ là lớn hơn khi là máy phát.
3. Tốc ộ của từ trường kích từ luôn bằng 0 cho dù từ trường phần ứng quay với bất cứ tốc ộ nào.

Câu 8. Thế nào là phản ứng phần ứng ngang trục ?

1. Khi phương của từ trường phần ứng F_u là vuông góc với trục của máy.
2. Khi phương của từ trường phần ứng F_u là vuông góc với phương của từ trường kích từ F_t.
3. Khi phương của từ trường phần ứng F_u là trùng với trục cực từ.
4. Khi trục của từ trường phần ứng F_u là trùng với trục của từ trường kích từ F_t.

Câu 9. Trong máy iện ồng bộ phản ứng phần ứng chỉ là ngang trục khi: a. Tải của phần ứng là thuần cảm.

1. Tải của phần ứng là thuần dung.
2. Tải của phần ứng mang tính R-L.
3. Tải của phần ứng là thuần trở.

Câu 10. Trong máy iện ồng bộ phản ứng phần ứng chỉ là dọc trục trợ từ khi: a. Tải của phần ứng là thuần trở.

1. Tải của phần ứng là thuần cảm.
2. Tải của phần ứng là thuần dung.
3. Tải của phần ứng mang tính R-C.

Câu 11. Để iều chỉnh công suất phản kháng của một máy phát ồng bộ làm việc trong lưới iện người ta thực hiện:

1. Điều chỉnh công suất kích từ của máy phát.
2. Điều chỉnh công suất cơ trên trục của máy phát.
3. Điều chỉnh phối hợp dòng kích từ và mô men trên trục máy phát.
4. Điều chỉnh cos của phụ tải trên lưới.

Câu 12. Khi iều chỉnh công suất phản kháng của máy phát ồng bộ làm việc trong lưới có công suất vô cùng lớn thì:

1. Công suất tác dụng phát ra của máy phát cũng thay ổi.
2. Không làm thay ổi trị số tần số và iện áp phát ra của máy phát.
3. Trị số iện áp phát ra của máy phát thay ổi.
4. Tần số của iện áp phát ra của máy phát thay ổi.

Câu 13. Điều kiện ể ghép một máy phát ồng bộ vào làm việc song song với lưới

?

1. Cùng trị số iện áp: .
2. Cùng tần số : .
3. Cùng thứ tự pha và iện áp máy phát phải trùng pha với iện áp lưới.
4. Tất cả các iều kiện trên.

Câu 14. Máy phát iện ồng bộ khi làm việc với tải cảm sẽ xảy ra hiện tượng gì khi tăng tải:

1. Điện áp máy phát không ổi ở ầu cực.
2. Sức iện ộng của máy phát tăng.
3. Cos giảm.

1. Điện áp máy phát giảm.

Câu 15. Công suất iện từ của máy iện ồng bộ ở chế ộ ộng cơ là:

1. .
2. .
3. .
4. .

Câu 16. Để iều chỉnh công suất phản kháng của máy phát ồng bộ khi vận hành cần phải:

1. Điều chỉnh sức iện ộng ở stator.
2. Điều chỉnh công suất ộng cơ sơ cấp.
3. Điều chỉnh dòng kích từ rotor.
4. Điều chỉnh iện áp máy phát.

Câu 17. Đặc tính nào sau ây xác ịnh qui luật làm việc của máy phát ồng bộ khi làm việc với tải:

1. Đặc tính iều chỉnh.
2. Đặc tính tải.
3. Đặc tính ngoài.
4. Đặc tính ngắn mạch.

Câu 18. Trong các loại máy phát ồng bộ, ặc tính nào biểu thị mối quan hệ giữa dòng iện kích từ và dòng iện tải: a. Đặc tính iều chỉnh.

1. Đặc tính không tải.
2. Đặc tính tải.
3. Đặc tính ngoài.

Câu 19. Công thức nào dưới ây phù hợp với phương trình cân bằng sức iện ộng trong máy phát iện ồng bộ:

1. . c. .
2. . d. .

Câu 20. Hiệu suất của máy phát iện ồng bộ ược tính theo biểu thức:

1. c.
2. d.

(Với P₁ là công suất ầu vào, P₂ là công suất ầu ra, là tổng công suất tổn hao) Câu 21. Tổn hao nào dưới ây không thuộc vào tổn hao phụ trong máy phát iện ồng bộ:

1. Tổn hao ở các thanh dây quấn stator.
2. Tổn hao trên bề mặt cực từ hoặc bề mặt lõi thép rotor máy phát cực ẩn.
3. Tổn hao ở răng stator.
4. Tổn hao trên các iện trở iều chỉnh trong dây quấn kích từ.

Câu 22. Công suất tác dụng của máy phát cung cấp cho tải ược tính theo công thức nào sau ây:

1. c.
2. d.

Câu 23. Công suất phản kháng của máy iện ồng bộ ược tính theo công thức:

a.	c.
b.	d.

Câu 24. Thế nào là phản ứng phần ứng dọc trục?

1. Khi phương của từ trường phần ứng F_u là vuông góc với phương của từ trường kích từ F_t.
2. Khi phương của từ trường phần ứng F_u là trùng với trục của máy.
3. Khi phương của từ trường phần ứng F_u là vuông góc với trục cực từ.
4. Khi phương của từ trường phần ứng F_u là trùng với phương của từ trường kích từ F_t.

Câu 25. Khi iều chỉnh công suất phản kháng của máy phát ồng bộ làm việc trong lưới có công suất vô cùng lớn thì:

1. Không làm thay ổi trị số tần số và iện áp phát ra của máy phát
2. Công suất tác dụng phát ra của máy phát cũng thay ổi
3. Trị số iện áp phát ra của máy phát thay ổi
4. Tần số của iện áp phát ra của máy phát thay ổi