Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ

Biến đổi năng lượng

điện cơ

-Giới thiệu môn học

-Giới thiệu về hệ thống điện

-Vector pha và mạch công suất 3 pha

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

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

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

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.

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

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

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

Giới thiệu về hệ thống điện

Power System

Các bộ phận hỗ trợ

Measurement &

Monitoring System

Protection System

Generation

Transmission

Distribution

Load

Các bộ phận chính

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

Power System Components

(Truyền tải)

Máy cắt (Circuit Breaker)

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

Power System Components

(Truyền tải)

Máy biến áp công suất

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

Power System Components

(Phân phối)

Giảm áp từ 11kV tới

mức điện áp

(415/240V)

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

Giới thiệu về hệ thống điện cơ

• Hệ thống chuyển động

tuyến tính: relay,

pittông,..

• Hệ thống chuyển động

quay: các loại máy điện

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

Vector phase và mạch công suất 3

pha (1)

Ôn tập về công suất

i

^{ Xét một mạch điện 2 cửa có dòng và}



^{áp dạng sine}

t



 I_mcos



wt q_i



v



t



V_mcos



wt q_v



 Công suất tức thời (i = I_mtại thời điểm t = 0)

p



t



 v



t



i



t



V_mI_mcos



wt q_vq_i



cos

wt

 

 Công suất trung bình trong một chu kỳ T = 2p/w

V_mI_m

 

P  cos q_vq_iV_rmsI_rmscos q_vq_i

2

Trong đó V_rmsvà I_rmslà các trị hiệu dụng (rms) áp và dòng. q = q_v q_ilà

góc hệ số công suất, và cos(q) được gọi là hệ số công suất (PF).

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

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

V  V_rmsq_vI  I_rmsq_i

Góc pha

Độ lớn

PF trễ (tải cảm)

PF sớm (tải dung)

V

I

+

I

V

q_i

q_v

q_i

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

Ví dụ

 Vdụ. 2.1: Biểu diễn dạng vecto pha của v(t) & i(t), tính công suất trung

bình P

 

v t  210cos



wt  30⁰

wt  20⁰



 V  1030⁰

 

i t  25cos





 I  5  20⁰

0

(PF trễ)

 

q  q_vq_i 30   20  50

0

 



 

P  10 5 cos 50  32.14 W

 Vdụ. 2.2: Tính công suất trung bình P với i(t) mới

i



t



 25cos



wt 90⁰ I  5  90⁰



0

(generating power!)

 



 

P  10 5 cos 120  25 W

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

Vector phase và mạch công suất 3

pha (3)

Ôn tập về công suất phức

 Công suất phản kháng

V_mI_m









Q 

sin q_vq_i V_rmsI_rmssin q_vq_i

2

 Công suất tức thời có thể được viết dưới dạng

p



t



 P  Pcos



2wt



 Qsin



2wt



 P



1 cos



2wt





 Qsin



2wt



V  V_rmse ^jq

v

jq_i

 Với

và

, ta được

I  I_rmse

V  I ^*

P  Re





V_rmsI_rmscos

V_rmsI_rmssin



q_vq_i



Q  Im







q_vq_i



S 



V  I ^*

 P  jQ



 Ta được công suất phức

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

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

P  VI cos



q_vq_i



Q  VI sin

S VI



q_vq_i



 Độ lớn của công suất phức

 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

S  ZII ^* I ²Z  I ²



R  jX  P  jQ



V  ZI

Z  R  jX

Do đó

P  I ²R

Q  I ²X

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

Ví dụ

 Vdụ. 2.4: Tìm công suất phức với v(t) và i(t) cho trước

v





t



 210cos



wt 10⁰



 V 1010⁰

 I  20  20⁰

i



t

VI ^*

 220sin



wt  70⁰



S 









1010⁰





2020⁰



 20030⁰173.2  j100 VA

P 173.2 W

Q 100 VAR

 Vdụ. 2.5 và 2.6: trang 17-19

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

Vector phase và mạch công suất 3

pha (4)

Ôn tập về bảo toàn công suất phức

 Mạch nối tiếp

*





S V  I  V₁V₂...V_nI  S₁ S₂... S_n

 Mạch song song

*





S V  I V I₁ I₂... I_n S₁ S₂... S_n

 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

P  P  P  ...  P Q  Q₁ Q₂ ...  Q_n

1

2

n

 Góc công suất: ví dụ 2.7

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

Ví dụ

 Vdụ. 2.7: Tìm công suất phức dựa vào phương pháp góc công suất



S VI^* 10010⁰10  26.8⁰100036.8⁰ 800  j600 VA







Suy ra

Q  600 VAR

P  800 W

VI  1000 VA

Vì q > 0, dòng chậm pha hơn điện

Q = 600

VAR

áp và tải có tính cảm.

36.8⁰

P = 800 W

 Vdụ. 2.8, 2.9 và 2.10: xem sách

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

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 PF

I

V

 Có thể xác định dựa vào V, PF, và P

P

S  P  jQ

I 

Q  VI sinq

V cosq

 Xác định dựa vào V, PF, và S: I tính từ V và S, sau đó Q tính từ S và

PF

 Dựa vào V, P, và Q: S được tính từ P và Q, sau đó PF được tính từ P

và S

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

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

v_bb' V_mcos



wt 120⁰



v_cc' V_mcos



wt 120⁰



v_aa' V_mcos



wt



 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.

a

i_a

+

i_a, i_b, và i_clà các dòng điện dây (cũng là

các dòng pha). i_nlà dòng trung tính.



n

i_n

i_b

c

b

i_c

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

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 v_ac’= v_aa’(t) + v_bb’(t) + v_cc’(t) = 0,

nên c’ phải nối với a.

 Các đại lượng dây và pha

i_a

c’ a

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).

i_b

a’

c

b’

b

i_c

• Nối Y-Y, trạng thái cân bằng:

V_an V_f0⁰

V_bn V_f 120⁰

V_cn V_f120⁰

Bộ môn Thiết bị điện

Biến đổi năng lượng điện cơ

Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Bài: Giới thiệu