Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập có giải ,phần máy điện đồng bộ
PHẦN 5- MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ BÀI TẬP 1 Máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn có P đm = 30 MW, U đm = 10,5 kV, cos đm = 0,8; số đôi cực p = 1. Hiệu suất đònh mức đm = 98,32 %; tần số nguồn phát f = 50 Hz. 1. Tính tốc độ quay rotor và dòng điện đònh mức. 2. Tính công suất biểu kiến S đm của máy, công suất phản kháng Q đm của máy. 3. Tính công suất mà động cơ sơ cấp cung cấp cho máy phát và tổng các tổn hao? Gợi ý P đm : công suất điện trên hai đầu cực của máy phát, thường được ghi trên nhãn máy: P đm = 3 . U đm .I đm . cos đm . Tốc độ quay của rotor bằng tốc độ đồng bộ: n = n 1 = p f . 60 Công suất biểu kiến của máy phát được tính theo công thức: S đm = 2 đm 2 đm QP Hiệu suất máy phát điện: = 1 đm P P Tổn hao công suất trên điện trở một pha dây quấn: 2 cu I.RP BÀI GIẢI 1/ Tốc độ quay của rotor máy phát: n = n 1 = p f . 60 = 1 50.60 = 3000 (vg/ph). Dòng điện đònh mức của máy phát: I đm = đmđm đm cos.U.3 P = 8,0.5,10.3 30 = 2,064 (kA). 2/ Công suất biểu kiến của máy phát: S đm = đm đm cos P = 8,0 30 = 37,5 (MVA). Công suất phản kháng của máy phát: Q đm = S đm . sin đm = 37,5.0,6 = 22,5 (MVAr). sin đm = 0,6 suy ra từ cos đm = 0,8 3/ Công suất cung cấp cho trục máy phát bởi động cơ sơ cấp là: P 1 = đm đm P = 32,98 30 .100 = 30,51 (MW). 2 4/Tổng tổn hao: đm1 P P P = 30,51 – 30 = 0,51 (MW). BÀI TẬP 2 Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn, dây quấn stato nối sao, điện áp dây không tải U o = 398,4 V. Khi dòng điện tải I = 6 A, cos = 0,8 (chậm sau) thì điện áp U d = 380 V. Thông số dây quấn stato như sau: điện trở r ư 0, điện kháng tản ư x = 0,2 . - Tính sức điện động pha máy phát khi không tải. - Tính điện kháng đồng bộ x đb và điện kháng phần ứng x ư . Gợi ý U o : điện áp dây không tải của 1 pha. Điện kháng đồng bộ x đb : x đb = x ư + ư x Từ đó suy ra điện kháng phần ứng: x ư = x đb - ư x ( ). (với x ư : điện kháng phần ứng; ư x : điện kháng khe hở không khí). Chậm sau nghóa là tải mang tính cảm, dòng điện chậm pha so với điện áp một góc . BÀI GIẢI Máy phát cực ẩn với phương trình cân bằng: oo of o of IEU .(r ư + jx đb ) = o of E jIx đb (vì rư =0) Từ đó vẽ đồ thò vectơ dòng điện và điện áp với r ư = 0: of o E db o xIj o I of o U Do dòng điện o I chậm pha so với điện áp o of U một góc . o of E : sức điện động pha không tải, vì máy phát nối sao nên: 3 E of = 3 U of = 3 4,398 = 230 (V). Từ đồ thò vectơ suy ra giá trò điện áp trên điện kháng đồng bộ: Với U d = 380 V suy ra U f = 220 V khi có tải. I.x đb = 2 f 2 of )cos.U(E - U f .sin Từ cos = 0,8 suy ra sin = 0,6 Do đó: I.x đb = 22 )8,0.220(230 - 220.0,6 = 16,8 (v). Điện kháng đồng bộ khi dòng điện I = 6 A là: x đb = I 8 , 16 = 6 8,16 = 2,68 ( ). Điện kháng phần ứng là: x ư = x đb - ư x = 2,68 – 0,2 = 2,48 ( ). BÀI TẬP3 Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn có S đm = 1500 kVA; U đm = 6600 V; f = 50 Hz, cos đm = 0,8; dây quấn stato đấu sao, điện trở dây quấn stato r = 0,45 ; điện kháng đồng bộ x đb = 6 . a/ Một tải có U = 6600 V, cos = 0,8; tiêu thụ dòng điện bằng đònh mức.Tính dòng điện, công suất tác dụng và phản kháng của tải. b/ Nếu cắt tải và dòng điện kích từ chưa điều chỉnh vẫn giữ trò số như lúc có tải trên thì điện áp đầu cực máy phát bằng bao nhiêu ? Gợi ý Công thức tính công suất đònh mức của máy phát: S đm = 3 .U đm .I đm. Giá trò U đm , I đm là điện áp và dòng điện dây. Công suất tác dụng và phản kháng tải tiêu thụ: P đm = 3 .U đm .I đm .cos đm . Q đm = 3 .U đm .I đm .sin đm . Điện kháng đồng bộ x đb : x đb = x ư + ư x . Máy phát cực ẩn với phương trình cân bằng: oo f o f IEU .(r ư + x đb ). Từ phương trình vẽ đồ thò vectơ như sau: 4 đb o x.I.j o I f o U f o E ư o r.I BÀI GIẢI a/ Dòng điện đònh mức của máy phát: Từ công thức: S đm = 3 .U đm .I đm. Suy ra: I đm = đm đm U.3 S = 6600.3 10.1500 3 = 131,2 (A). Điện áp pha của máy phát: U fđm = 3 U đm = 3 6600 = 3810 (V). Công suất tác dụng của tải tiêu thụ: P đm = 3 .U đm .I đm .cos đm = 3 .6600.131,2.0,8 = 1200 (kW). Công suất phản kháng của tải tiêu thụ: Q đm = 3 .U đm .I đm .sin đm = 3 .6600.131,2.0,6 = 900 (kVAr). b/ Dựa vào phương trình cân bằng: oo f o f IEU .(r ư + jx đb ). Vẽ được đồ thò vectơ (như hình vẽ) và suy ra sức điện động pha là: 5 đb o x.I.j o I f o U f o E ư o r.I E f = 2 fđb 2 f )sin.Ux.I()r.Icos.U( = 22 )6,0.38106.2,131()45,0.2,1318,0.3810( = 4370 (V). Điện áp dây đầu cực khi cắt tải: U o = 3 . E f = 3 .4370 = 7659 (V). BÀI TẬP4 Động cơ điện đồng bộ ba pha có các số liệu ghi trong nhãn máy: P đm = 1000 kw; U đm = 6000 V; p = 2 ; cos đm = 0,99; n đm = 1500 vg/ph. Tổng tổn hao công suất P = 170 kW. 1. Tính công suất điện mà động cơ tiêu thụ. 2. Nếu mômen phụ tải bằng 25% mômen đònh mức thì công suất phản kháng tối đa động cơ có thể phát ra cho mạng điện là bao nhiêu ? Gợi ý Công suất đònh mức ghi trên nhãn máy là công suất cơ: P 1 = P đm + P Mômen đònh mức của động cơ: M đm = đm đm P (với đm = 60 n . 2 đm ). Tổng tổn hao công suất: P = P 1 - P đm Công suất biểu kiến của động cơ: S đm = 2 1 2 1 QP BÀI GIẢI 1/ Công suất điện mà động cơ tiêu thụ: P 1 =1000 + 170 = 1170 (kw) 2/ Mômen đònh mức của động cơ: 6 M đm = đm đm P = 60 n.2 P đm = 60 1500.2 10.1000 3 = 6366 (Nm). Cơ năng động cơ cung cấp cho phụ tải khi mômen phụ tải bằng 25%mômen đònh mức là: P = 100 25 . P đm = 100 25 .1000 = 250 (kW). Công suất động cơ tiêu thụ khi phụ tải bằng 25% mômen đònh mức: P 1 = P + P = 250 +170 = 420 (kW). Công suất phản kháng động cơ có thể phát ra cho mạng điện: Với công suất biểu kiến tương ứng : S đm = cos 1 P = 99,0 420 = 424 (kVA). Q 1 = 2 1 2 đm PS = 22 420424 = 58,1 (kVAr). BÀI TẬP 5 Một máy phát điện tuabin nước có các tham số x d* = 0,843; x q* = 0,554. Giả thử máy làm việc ở tải đònh mức với U đm ; I đm ; cos đm = 0,8. Hãy tính s.đ.đ. E, góc tải đm và độ thay đổi điện áp U. Giải Để tính toán ta dựa vào đồ thò s.đ.đ . Lấy véctơ U làm gốc và biểu thò trong hệ đơn vò tương đối, ta có: U đm = 1 / 0 I đm = 1 / -36 o 9 (vì cos đm = 0,8; đm = 36 o 9) *q đm đm xIjU = 1 / 0 o + (1 / -36 o 9).0,554 = 1 + j(0,8 – j0,6)0,554 = 1,332 + j0.443 518 332,1 443 , 0 arctg o đm Góc giữa các véctơ E và U có trò số: = đm + đm = 36 o 9 + 18 o 5 = 55 o 4. Từ đồ thò s.đ.đ. , trò số E * được xác đònh như sau: *d *d * * xIcosUE trong đó: 823,0455sin1sinII o * *d Kết quả là: E * = 1cos18 o 5 + 0,823.0,844 = 1,643 và độ thay đổi điện áp: 7 %3,64100 U U E %U đm đm đm BÀI 6 Hai máy phát điện giống nhau làm việc song song có điện trở phần ứng r ư = 2,18, điện kháng đồng bộ x đb = 62 cùng cung cấp điện cho một tải 1830 kW với cos = 0,83 (chậm sau). Điện áp đầu cực của tải là 13800 V. Điều chỉnh kích từ của hai máy sao cho một máy có dòng điện phản kháng là 40 A. Tính: a) Dòng điện của mỗi máy phát điện. b) S.đ.đ. E của mỗi máy và góc pha giữa các s.đ.đ. đó. Giải Dòng điện tải có trò số: A3,92 83,0.138003 101830 cosU3 P I 3 chậm sau điện áp góc = arccos0,83 = 33 o 9 và biểu thò dưới dạng phức số như sau: I = 92,3 / -33 o 9 = 76,8 – j51,4 A Vì công suất tác dụng phân phối đều cho hai máy nên dòng điện tác dụng của mỗi máy là A4,38 2 8 , 76 , hơn nữa dòng điện phản kháng của máy A là 40A, do đó: I A = 38,4 – j40 và I B = I – I A = 38,4 – j11,4 A Ứng với biểu thức (24-6) ta có: E A = U + I A (r ư + jx đb ) = E A / A /10720)62j18,2)(40j4,38( 3 13800 12,22 o V Cũng như vậy: E B = U + I B (r ư + jx đb ) = E B / B = 9030 / 15,1 o V Góc lệch giữa hai s.đ.đ. đó: A - B = 15,1 o – 12,22 o . BÀI TẬP 7 Hai máy phát điện làm việc song song cung cấp điện cho hai tải: Tải 1: S t1 = 5000 kVA; cos 1 = 0,8. Tải 2: S t2 = 3000 kVA; cos 2 = 1. Máy phát thứ nhất phát ra P 1 = 4000 kW; Q 1 = 2500 kVAr. Tính công suất máy phát thứ hai và hệ số công suất mỗi máy phát. Gợi ý Khi hai máy phát làm việc song thì công suất phát ra bằng tổng công suất hai máy. Và hai tải xem như một tải có công suất bằng tổng công suất của hai tải. Công suất biểu kiến: S = 22 QP Công suất tác dụng: P = S.cos . 8 Công suất phản kháng: Q = S.sin . BÀI GIẢI Công suất tác dụng của hai tải: P t = S t1 .cos 1 + S t2 .cos 2 = 5000.0,8 + 3000.1 = 7000 (kW). Công suất phản kháng của hai tải: Q t = S t1 .sin 1 + S t2 .sin 2 = 5000.0,6 + 3000.0 = 3000 (kVAr). Công suất tác dụng của máy phát 2: P 2 = P t – P 1 = 7000 – 4000 = 3000 (kW). Công suất phản kháng của máy phát 2: Q 2 = Q t – Q 1 = 3000 – 2500 = 500 (kvar). Hệ số công suất máy phát 1: cos 1 = 2 1 2 1 1 QP P = 22 25004000 4000 = 0,848. Hệ số công suất máy phát 2: cos 2 = 2 2 2 2 2 QP P = 22 5003000 3000 = 0,986. BÀI TẬP 8 Một máy phát điện đồng bộ cung cấp cho hộ tiêu thụ một công suất 2500 + j3000 (kVA) với điện áp 6,3 kV. - Xác đònh tổng tổn hao trên đường dây và trong máy phát, biết rằng điện trở một pha của đường dây r d = 0,15 , của máy phát r ư = 0,045 . - Nếu đặt thêm một máy bù đồng bộ với công suất bù là 30 – j3000 (kVA) thì tổng tổn hao trên là bao nhiêu? Giải Công suất của tải: ).(391030002500 2222 kVAQPS Dòng điện tải khi chưa bù: ).(360 3,63 3910 3 A U S I Hệ số công suất khi chưa bù: .64,0 3910 2500 S P cos Tổng tổn hao khi chưa bù: p’ = 3I 2 (r d +r ư ) = 3360 2 (0,15 + 0,045) = 75,2( kW). Công suất của máy khi có bù: S’ = S + S bù = (2500 + j3000) + (30 – j3000) = 2530 (kva). 9 Dòng điện tương ứng: )(233 3,63 2530 3 ' ' A U S I Tổng tổn hao khi có máy bù: p’ = 3I’ 2 (r d + r ư ) = 3233 2 (0,15 + 0,045) = 31,5(kW). Hệ số công suất khi có bù: cos’ = 1 vì Q’ = 0. BÀI TẬP 9 Một nhà máy tiêu thụ công suất điện P 1 = 700 kW với cos = 0,7. Nhà máy có thêm một tải cơ với công suất cơ 100 kW. Để kéo tải và nâng cao cos nên cần chọn một động cơ đồng bộ có hiệu suất = 0,88. Xác đònh công suất biểu kiến S đm của động cơ để nâng cao hệ số công suất đạt 0,8. Gợi ý Khi chọn công suất động cơ cần xác dònh công suất biểu kiến theo công thức: S = 22 QP . Trong đó P là công suất điện được suy ra từ công suất cơ: P = cơ P Và Q là công suất phản kháng cần thiết của động cơ đồng bộ để đảm bảo hệ số công suất bằng 0,8 theo yêu cầu: Q = P .tg . Suy ra công suất phản kháng động cơ đồng bộ: Q = Q - Q tải . BÀI GIẢI Công suất điện động cơ đồng bộ tiêu thụ: P đ = cơ P = 88,0 100 = 113,6 (kW). Công suất phản kháng trước khi có động cơ đồng bộ: Q t = P t .tg = 700.1,02 = 714 (kVAr). Với : cos = 0,7 suy ra tg = 1,02 Khi có động cơ đồng bộ, yêu cầu hệ số công suất nhà máy cos 2 = 0,8 Suy ra tg 2 = 0,75. Do đó, công suất tác dụng của nhà máy khi có động cơ đồng bộ: P = P 1 + P đ = 700 + 113,6 = 813,6 (kW). Công suất phản kháng của nhà máy khi có động cơ đồng bộ: 10 Q = P .tg 2 = 813,6.0,75 = 610 (kVAr). Từ đó suy ra công suất phản kháng của động cơ đồng bộ: Q đ = Q - Q t = 610 – 714 = -104 (kVAr). Dấu “trừ” ở kết quả đã tính chứng tỏ động cơ đồng bộ phát ra công suất phản kháng (điều chỉnh để kích từ để Q ). Vậy công suất biểu kiến của động cơ đồng bộ: S đ = 2 đ 2 đ QP = 22 1046,113 = 154 (kVA). Và cần chọn động cơ có dung lượng đònh mức thỏa điều kiện: S đm 154 (kV) . PHẦN 5- MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ BÀI TẬP 1 Máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn có P đm = 30 MW, U đm = 10,5 kV, cos đm = 0,8; số đôi. đổi điện áp: 7 %3,64100 U U E %U đm đm đm BÀI 6 Hai máy phát điện giống nhau làm việc song song có điện trở phần ứng r ư = 2,18, điện kháng đồng bộ x đb = 62 cùng cung cấp điện. sau: điện trở r ư 0, điện kháng tản ư x = 0,2 . - Tính sức điện động pha máy phát khi không tải. - Tính điện kháng đồng bộ x đb và điện kháng phần ứng x ư . Gợi ý U o : điện