Bài giảng Chương 5: Quá trình quá độ trong máy điện

CAO ĐẲNG PHƯƠNG ĐÔNG QUẢN NAM BÀI GIẢNG NGẮN MẠCH ĐIỆN CHƯƠNG 5: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MÁY ĐIỆN I. KHÁI NIỆM CHUNG: Quá trình quá độ trong máy điện quay diễn ra phức tạp. Nguyên lý từ thông móc vòng ban đầu không đổi: Từ thông móc vòng với rôto ở thời điểm đầu của quá trình quá độ được giữ không đổi, do vậy sức điện động tương ứng sinh ra trong stato cũng được giữ không đổi vào thời điểm đó. Chọn hệ trục tọa độ trong máy điện như sau:  Các trục tọa độ d, q giá theo dọc trục và ngang trục của rôto.  Thành phần dọc trục của dòng stato dương khi sức từ động do nó tạo nên cùng chiều với sức từ động của cuộn kích từ.  Thành phần ngang trục của dòng stato dương khi sức từ động do nó tạo nên chậm 90o so với sức từ động của cuộn kích từ. Qui ước: II. CÁC LOẠI TỪ THÔNG TRONG MÁY ĐIỆN: 1. Từ thông toàn phần của cuộn kích từ: xf - điện kháng của cuộn kích từ. Từ thông toàn phần của cuộn kích từ bao gồm 2 thành phần sau: - Từ thông hữu ích:  . . .f f fI x xad - điện kháng phản ứng phần ứng dọc trục. - Từ thông tản:  . . .d f adI x  . . . f f fI x xf - điện kháng tản của cuộn kích từ. Như vậy:    . . . . ( )f d f f ad fI x x     x x xf ad f      f f f f f x x     . . Có thể xác định hệ số tản của cuộn kích từ như sau: 2. Từ thông của cuộn dây stato: - Từ thông tản: dọc trục:  . . .ad d adI x ngang trục:  . . .aq q aqI x toàn phần:  . . . d dI x ngang trục:  . . . q qI x xaq - điện kháng phản ứng phần ứng ngang trục. x - điện kháng tản của cuộn dây stato. Id, Iq - các thành phần dòng dọc trục và ngang trục của cuộn dây stato. I - dòng điện toàn phần của cuộn dây stato ( )  . . .  I x I I Id q  2 2 - Từ thông phản ứng phần ứng: dọc trục: 3. Từ thông tổng hợp móc vòng với cuộn kích từ:    . . . . . . .f f ad f f d adI x I x    4. Từ thông tổng hợp móc vòng với cuộn dây stato: - dọc trục:     . . . . . . . . . .sd d ad d f ad d ad dI x I x I x       - ngang trục: xd = xad + x là điện kháng đồng bộ dọc trục của cuộn dây stato. xq = xaq + x là điện kháng đồng bộ ngang trục của cuộn dây stato. 5. Từ thông kẻ hở không khí dọc trục: = I x I xf ad d d . . . .    . . . . .( )sq aq q q aqI x x    0    I xq q . .    . . . . . . . . . ( )d d ad f ad d ad f d adI x I x I I x      từ thông tản:  . . .1 1d d adI x 6. Từ thông cuộn cản: - Cuộn cản dọc: từ thông chính: - Cuộn cản ngang: từ thông chính:  . . . 1 1 1d d dI x từ thông tản:  . . .1 1q q aqI x I1d , I1q - dòng điện trong cuộn cản dọc trục và cuộn cản ngang trục. xd , xq - điện kháng tản của cuộn cản dọc trục và cuộn cản ngang trục  . . . 1 1 1q q qI x III. SỨC ĐIỆN ĐỘNG VÀ ĐIỆN KHÁNG QUÁ ĐỘ: Sức điện động và điện kháng quá độ là những tham số đặc trưng cho máy điện đồng bộ không có cuộn cản vào thời điểm đầu của quá trình ngắn mạch. Đồ thị các véctơ từ thông dọc trục của máy điện không cuộn cản. Khi NM, thành phần Id tăng đột ngột một lượng Ido+ và tương ứng làm cho ad tăng đột ngột một lượng ado+ . Độ tăng ado+ sẽ làm cho f tăng lên một lượng fo+ sao cho tổng từ thông móc vòng với cuộn kích từ là không đổi. Như vậy các độ tăng từ thông móc vòng ado+ và fo+ phải bù nhau, nghĩa là:   . . fo ado   0  I x I x xdo ad fo f ad . . . ( )    0 Khi f tăng từ fo fo+ , thì: f tăng từ fo fo+ d giảm từ do do+ d tăng từ do do+ Tuy nhiên từ thông tổng hợp móc vòng với cuộn kích từ vẫn giữ không đổi (fo = fo+ ) Các từ thông thay đổi và sức điện động do chúng sinh ra cũng sẽ thay đổi vào thời điểm đầu NM, do vậy không thể sử dụng để thay thế máy điện trong tính toán NM. Để giải quyết, sử dụng từ thông không đột biến lúc ngắn mạch, đó là từ thông tổng hợp móc vòng với cuộn kích từ f , trong đó phần móc vòng với cuộn dây stato được gọi là từ thông quá độ dọc trục ’d:    . , . ( )d f f 1  ))( xx x ())(( ad . f . adf f ad . f . f , d .     11 = x x x I x x I xad f ad f f ad d ad         . . ( ) adf ad d . adf ., d . xx x IxI    2 Sức điện động tương ứng với từ thông móc vòng d’ là: E E j I x x x U j I x j I x x x q q d ad f ad q d d d ad f ad ' ( ) . . . . . .        2 2   = U j I x x x x q d d ad f ad . . ( )   2  = U j I xq d d . . '. Eq’ được gọi là sức điện động quá độ ngang trục, xd’ được gọi là điện kháng quá độ dọc trục. x x x x x x x x x x d d ad f ad f ad f ad ' .      2     Eq’ xd ’ Uq Id IV. SỨC ĐIỆN ĐỘNG VÀ ĐIỆN KHÁNG SIÊU QUÁ ĐỘ: Sức điện động và điện kháng siêu quá độ là những tham số đặc trưng cho máy điện đồng bộ có cuộn cản vào thời điểm đầu của quá trình ngắn mạch. Khi NM, ad tăng đột ngột một lượng ad, từ thông ở rôto sẽ có một lượng thay đổi tương ứng rd bao gồm lượng tăng từ thông của cuộn kích từ f và từ thông của cuộn cản dọc trục 1d sao cho tổng từ thông móc vòng với các cuộn dây này không đổi, do vậy: - Đối với cuộn kích từ:    . . . f d ad  1 0 - Đối với cuộn cản dọc:   I x x I x I xf f ad d ad d ad . . . ( )   1 = 0     . . . . 1 1 0d d d ad      I x x I x I xd d ad f ad d ad . . . ( )1 1    = 0 I1d - lượng tăng dòng trong cuộn cản dọc trục. Như vậy:  I x I xf f d d . .   1 1 Phản ứng chung của cả 2 cuộn dây ở rôto có thể thay bằng phản ứng của một cuộn dây tương đương có dòng bằng:   I I Ird f d . . .   1 và điện kháng tản Xrd với điều kiện vẫn thỏa mãn nguyên lý từ thông móc vòng không đổi, tức là:    . . . rd rd ad   0  I x x I xrd rd ad d ad . . ( )   = 0 ( )( ) . . .   I I x x I xf d rd ad d ad  1  = 0 x x x x x rd f d f d        . 1 1 Như vậy: Bài toán đang xét trở thành bài toán đã được giải quyết ở mục III (máy điện không có cuộn cản), trong đó thay cho vai trò của cuộn kích từ có xf là cuộn dây tương đương có xrd. Do vậy: x x x x x x x x x d d ad rd ad f d ad ''        2 1 1 1 1 1     xd’’ được gọi là điện kháng siêu quá độ dọc trục. Sức điện động tương ứng được gọi là sức điện động siêu quá độ ngang trục Eq’’, có giá trị không đột biến vào thời điểm đầu ngắn mạch: '' ddo . qo .,, qo .,, qo . x.IjUEE  Uqo, Ido - các thành phần điện áp và dòng điện của máy điện trước ngắn mạch. Trong tính toán thực tế, thường sử dụng sức điện động siêu quá độ gần đúng: E U U I xo o o o o o d    '' ''( cos ) ( sin . ) 2 2 trong đó: Uo, Io, o - điện áp, dòng điện và góc pha của máy điện trước ngắn mạch. E U I x I xo o o d o o d o    '' '' ''( . sin ) ( . cos ) 2 2hay: V. ĐẶC ĐIỂM CỦA PHỤ TẢI : Trong các tính toán thực tê,ú đặc trưng cho những phụ tải tổng hợp tại thời điểm đầu của quá trình quá độ là các sức điện động và điện kháng siêu quá độ. Khi lấy công suất định mức của phụ tải và điện áp trung bình của cấp mà phụ tải nối vào làm các lượng cơ bản, thì trị số trong đơn vị tương đối của chúng là: x”PT = 0,35 và E”PT = 0,8