Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Buổi 1
Giới thiệu về hệ thống điện cơ
• Hệ thống chuyển động
tuyến tính: relay,
pittông,.
• Hệ thống chuyển động
quay: các loại máy điện
Mạch tương đương pha
Biến đổi D - Y
Tải nối Δ có tổng trở mỗi pha là ZD, mạch tương đương mạch Y có tổng trở
pha ZY = ZD/3 (chứng minh?).
Thay vì phân tích mạch điện nối Δ, mạch tương đương pha có thể áp dụng
sau khi biến đổi D-Y.
Vdụ. 2.14: Vẽ mạch tương đương pha.
Chuyển các tụ nối D về nôi Y với trở kháng pha –j15/3 = -j5 W.
Vdụ. 2.15: 10 động cơ không đồng bộ nối song song, mỗi động cơ
tiêu thụ 30KW tại 0.6 PF trễ pha. Tìm giá trị kVAR định mức (3 pha) của
bộ tụ để cải thiện PF lên 1?
Công suất thực mỗi pha 30 x 10 / 3 = 100 kW, tại PF = 0.6 trễ. Công suất
biểu kiến mỗi pha kVA vì thế bằng 100/0.6.
Bộ tụ có thể được nối song song với tải để cải thiện PF tổng. Bộ tụ cần
cung cấp công suất phản kháng để PF = 1. Do đó giá trị phản kháng pha
của bộ tụ Qcap = 133.33 kVAR, hay giá trị kVAR 3 pha cần thiết là
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Buổi 1
Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Biến đổi năng lượng điện cơ -Giới thiệu môn học -Giới thiệu về hệ thống điện -Vector pha và mạch công suất 3 pha Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Giới thiệu môn học Tên môn học: Biến đổi năng lượng điện cơ Phân phối giờ: 42LT Số tín chỉ: 2 Đánh giá: • Điểm thứ 1 (30%) Kiểm tra viết giữa kỳ (60') • Điểm thứ 2 (10%) Bài tập – Thảo luận trên lớp. • Điểm thứ 3 (60%) Thi viết cuối kỳ (90') Trang web cá nhân: www4.hcmut.edu.vn/~nntu Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Tài liệu tham khảo • [1] Power Circuits and Electromechanics; M.A. Pai, Stipes Publishing, Champaign- 2004. Mã số Thư viện: 907 796 • [2] Electric Machinery; A. E. Fitzgerald_ Mc Graw Hill Editions - 2003. • [3] Electrical Machinery Fundamentals ; S J Chapman, McGraw-Hill, 4th Edition. • [4] ElectroMechanical Motion Devices; Paul C. Krause, Oleg Wasynczuk; Mc Graw Hill Editions - 2002. Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Nội dung Chương 1: Giới thiệu về hệ thống điện- hệ thống điện cơ Chương 2: Vectơ pha và mạch công suất 3 pha Chương 3: Mạch từ- Hỗ cảm- Máy biến áp Chương 4: Giải tích hệ thống điện cơ dùng các phương pháp năng lượng Chương 5: Ổn định các hệ thống điện cơ Chương 6: Máy điện đồng bộ Kiểm Tra Giữa Học Kì Chương 7: Máy không đồng bộ Chương 8: Máy một chiều Chương 9: Các máy điện - cơ cấu chấp hành công suất nhỏ Chương 10: Các máy điện công suất nhỏ Chương 11: Các vấn đề kĩ thuật trong vận hành máy điện Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Giới thiệu về hệ thống điện Power System Generation Transmission Distribution Load Measurement & Monitoring System Protection System Các bộ phận chính Các bộ phận hỗ trợ Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Máy cắt (Circuit Breaker) Power System Components (Truyền tải) Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Máy biến áp công suất Power System Components (Truyền tải) Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Giảm áp từ 11kV tới mức điện áp (415/240V) Power System Components (Phân phối) Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Giới thiệu về hệ thống điện cơ • Hệ thống chuyển động tuyến tính: relay, pittông,.. • Hệ thống chuyển động quay: các loại máy điện Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vector phase và mạch công suất 3 pha (1) Ôn tập về công suất Xét một mạch điện 2 cửa có dòng và áp dạng sine vm tVtv qw cos im tIti qw cos Công suất tức thời (i = Im tại thời điểm t = 0) ttIVtitvtp ivmm wqqw coscos Công suất trung bình trong một chu kỳ T = 2p/w ivrmsrmsivmm IV IV P qqqq coscos 2 Trong đó Vrms và Irms là các trị hiệu dụng (rms) áp và dòng. q = qv qi là góc hệ số công suất, và cos(q) được gọi là hệ số công suất (PF). Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vector pha và mạch công suất 3 pha (2) Ôn tập về vector pha Các đại lượng dạng sine có thể được biểu diễn dưới dạng vector pha vrmsVV q irmsII q Góc phaĐộ lớn + V I vq iq PF trễ (tải cảm) V I vq iq PF sớm (tải dung) + Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vdụ. 2.1: Biểu diễn dạng vecto pha của v(t) & i(t), tính công suất trung bình P 00 301030cos102 Vttv w 00 20520cos52 Itti w 0502030 iv qqq (PF trễ) W14.3250cos510 0 P Vdụ. 2.2: Tính công suất trung bình P với i(t) mới 00 90590cos52 Itti w W25120cos510 0 P (generating power!) Ví dụ Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vector phase và mạch công suất 3 pha (3) Ôn tập về công suất phức Công suất phản kháng ivrmsrmsiv mm IV IV Q qqqq sinsin 2 Công suất tức thời có thể được viết dưới dạng tQtPtQtPPtp wwww 2sin2cos12sin2cos Với và , ta được vj rmseVV q ij rmseII q ivrmsrms IVIVP qq cosRe * ivrmsrms IVIVQ qq sinIm * Ta được công suất phức jQPIVS * Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vector phase và mạch công suất 3 pha (3) Ôn tập về công suất phức (tt) Ta mặc định V, I là các giá trị hiệu dụng Độ lớn của công suất phức ivVIP qq cos ivVIQ qq sin VIS Phân biệt S, P, và Q dựa vào đơn vị của chúng voltamperes (VA), watts (W), và voltampere reactive (VAR) Công suất phức có thể viết dưới dạng khác jXRZ IZV jQPjXRIZIIIZS 22* Do đó RIP 2 XIQ 2 Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vdụ. 2.4: Tìm công suất phức với v(t) và i(t) cho trước 00 101010cos102 Vttv w 00 202070sin202 Itti w W2.173 P Vdụ. 2.5 và 2.6: trang 17-19 VA 1002.1733020020201010 000* jIVS VAR 100 Q Ví dụ Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vector phase và mạch công suất 3 pha (4) Ôn tập về bảo toàn công suất phức Mạch nối tiếp Mạch song song Công suất phức tổng là tổng của các công suất phức thành phần. Nếu tải được nối song song. Bảo toàn công suất phức sẽ là Góc công suất: ví dụ 2.7 nn SSSIVVVIVS ...... 21*21* nn SSSIIIVIVS ...... 21 * 21 * nPPPP ...21 nQQQQ ...21 Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vdụ. 2.7: Tìm công suất phức dựa vào phương pháp góc công suất Vdụ. 2.8, 2.9 và 2.10: xem sách P = 800 W Q = 600 VAR 36.80 * 0 0 0100 10 10 26.8 1000 36.8 800 600 VAS VI j Suy ra W800 P VAR 600 Q VA 1000 VI Vì q > 0, dòng chậm pha hơn điện áp và tải có tính cảm. Ví dụ Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vector phase và mạch công suất 3 pha (5) Xác định công suất của tải Công suất tiêu thụ của tải có thể được xác định dựa vào 3 trong 6 đại lượng: V, I, PF (sớm hay trễ), S, P, Q. Nếu biết và ta sẽ xác định được V, I, và PFV I Có thể xác định dựa vào V, PF, và P Xác định dựa vào V, PF, và S: I tính từ V và S, sau đó Q tính từ S và PF qcosV P I qsinVIQ jQPS Dựa vào V, P, và Q: S được tính từ P và Q, sau đó PF được tính từ P và S Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vector phase và mạch công suất 3 pha (6) Hệ thống 3 pha Điện áp trong mỗi pha lệch nhau 1200. Nếu thứ tự pha thuận (a-b-c), 3 điện áp pha là Nối dây: nối Y và Δ Khi nối Y, các cổng a’, b’, và c’ được nối chung và gọi là cổng trung tính n. tVv maa wcos' 0' 120cos tVv mbb w 0' 120cos tVv mcc w ia, ib, và ic là các dòng điện dây (cũng là các dòng pha). in là dòng trung tính. ia in ib ic a b c n + Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vector phase và mạch công suất 3 pha (6) Hệ thống 3 pha (tt) Khi nối Δ, cổng a’ nối với b, b’ với c. Bởi vì vac’ = vaa’(t) + vbb’(t) + vcc’(t) = 0, nên c’ phải nối với a. ia ib ic a b c c’ a’ b’ + Các đại lượng dây và pha Vì cả nguồn và tải có thể được nối Y hay Δ, nên có thể có 4 kiểu nối dây: Y-Y, Y-Δ, Δ-Y, và Δ-Δ (nguồn-tải). • Nối Y-Y, trạng thái cân bằng: 00 fVVan 0120 fVVbn 0120 fVVcn Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vector phase và mạch công suất 3 pha (6) Hệ thống 3 pha (tt) Với Vf là điện áp hiệu dụng pha-trung tính. Điện áp dây là bnanab VVV cnbnbc VVV ancnca VVV VD, độ lớn của có thể tính bởi abV ff VVVab 330cos2 0 anV bnV cnV abV bcV caV Từ giản đồ vector 0303 fVVab 0903 fVVbc 01503 fVVca Ở trạng thái cân bằng, in = 0 (không có dòng trung tính) Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vector phase và mạch công suất 3 pha (6) Hệ thống 3 pha (tt) Giả sử các điện áp dây-dây là • Nối Y-Δ, trạng thái cân bằng: 00 Lab VV 0120 Lbc VV 0120 Lca VV abV bcV caV 1I 3I 2I aI Các dòng điện pha tải I1, I2, và I3 có cùng độ lớn IФ và góc lệch với điện áp q, qf 0303II a qf 01503IIb qf 0903IIc Nối Y: và , nối Δ : and fVVL 3 fII L fVVL fII L 3 Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vector phase và mạch công suất 3 pha (7) Công suất ở mạch điện 3 pha cân bằng Trong hệ thống cân bằng, độ lớn các điện áp và pha là bằng nhau. Gọi các độ lớn này là Vf và If. Khi đó công suất pha sẽ là qfff cosIVP Công suất tổng qqfff cos3cos33 LLT IVIVPP Công suất phức pha qfffff IVIVS * Công suất phức tổng qqfff LLT IVIVSS 333 q là góc pha giữa điện áp pha và dòng pha Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vector phase và mạch công suất 3 pha (8) Mạch tương đương pha Biến đổi D - Y Tải nối Δ có tổng trở mỗi pha là ZD, mạch tương đương mạch Y có tổng trở pha ZY = ZD/3 (chứng minh?). Thay vì phân tích mạch điện nối Δ, mạch tương đương pha có thể áp dụng sau khi biến đổi D-Y. Vdụ. 2.14: Vẽ mạch tương đương pha. Chuyển các tụ nối D về nôi Y với trở kháng pha –j15/3 = -j5 W. Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vdụ. 2.15: 10 động cơ không đồng bộ nối song song, mỗi động cơ tiêu thụ 30KW tại 0.6 PF trễ pha. Tìm giá trị kVAR định mức (3 pha) của bộ tụ để cải thiện PF lên 1? Công suất thực mỗi pha 30 x 10 / 3 = 100 kW, tại PF = 0.6 trễ. Công suất biểu kiến mỗi pha kVA vì thế bằng 100/0.6. Bộ tụ có thể được nối song song với tải để cải thiện PF tổng. Bộ tụ cần cung cấp công suất phản kháng để PF = 1. Do đó giá trị phản kháng pha của bộ tụ Qcap = 133.33 kVAR, hay giá trị kVAR 3 pha cần thiết là 3( 133.33) = 400 kVAR. kVA j133.33100VA 8.06.0 6.0 10100 6.0cos 3 1 jSS ff Ví dụ Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Vdụ. 2.16: Giống như Vdụ. 2.15, nhưng PF cần cải thiện lên 0.9 trễ pha, tính giá trị kVAR cần thiết? Giá trị phản kháng pha là Bộ tụ cần cung cấp 133.33 + 48.43 = 84.9 kVAR , và 3 pha kVAR là 3( 84.9) = 254.7 kVAR. kVA j133.33100 fS tan(25.84 ) 48.43 kVARonewQ P 100 kW 48.43 kVAR 133.33 kVAR Vdụ. 2.17: xem sách Ví dụ 25.840 Biến đổi năng lượng điện cơ Bộ môn Thiết bị điện Bài 2.21: Một tải 3 pha 15 kVA có PF là 0.8 trễ pha được nối song song với tải 3 pha 36 kW 0.6 PF sớm pha. Điện áp dây là 2000 V. a) Tính công suất phức tổng và PF b) Tính kVAR cần thiết để PF = 1? Bài tập
File đính kèm:
- bai_giang_bien_doi_nang_luong_dien_co_chuong_1_gioi_thieu_ve.pdf