Chơng 5.
Máy phát điện đồng bộ lm việc với tải không đối xứng
5.1 Đại cơng.
Chế độ tải không đối xứng của máy điện đồng bộ xáy ra khi
- Tải của 3 pha không bằng nhau.
- Khi có ngắn mạch không đối xứng trong hệ thống điện lực, hoặc đầu cực máy phát
Chế độ tải không đối xứng thờng gây nên các hiện tợng bất lợi, nh: điện áp không
đối xứng; các sóng điều ho s.đ.đ v dòng điện bậc cao; lm tăng tổn hao; rôto nóng v
máy rung.
Để phân tích chế độ tải không đối xứng ta dùng phơng pháp phân lợng đối xứng.
Phân dòng điện v điện áp thnh 3 thnh phần thứ tự thuận; ngợc v không.
0
2
1
2
2
1
1
111
I
I
I
aa
aa
I
I
I
c
b
a
&

&
&
=
5-2
trong đó: a = e
j2

/3
; a
2
= e
j4

/3
; 1 + a + a
2
= 0
Dòng điện kích từ i
t
chỉ sinh ra s.đ.đ ứng với thnh phần thứ tự thuận E
0
= E
1
còn các
s.đ.đ thứ tự ngợc v không, không tồn tại E
2
= E
t0
= 0 nh vậy:
; ; 5-3

)(
ZIZIaZIEaU
ZIZIaZIEaU
ZIZIZIEU
c
b
a
&&&&&
&&&&&
&&&&&
Các phơng trình 5-1; 5-2 v 5-3 l cơ sở để phân tích chế độ tải không đối xứng. Nó
gồm 9 phơng trình có chứa 12 ẩn số, (E
0
, Z
1
; Z
2
; Z
0
đã biết), muốn giải đợc tuỳ từng
trờng hợp cụ thể ta phải bổ sung thêm 3 phơng trình nữa.
5-2 Các tham số của máy phát điện đồng bộ khi lm việc ở tải không đối xứng.
1. Tổng trở thứ tự thuận Z
1
= r
1
+ jx
1

Tổng trở thứ tự thuận Z

25
Nh vậy từ trờng do các dòng điện dọc trục v ngang trục nh hình 5-1 sẽ không hổ
cảm với nhau v ta có mạch điện thay thế theo hớng dọc trục nh hình 5-2 v ngang trục
nh hình 5-3.
Hình 5-1 Mô hình máy phát Hình 5-2 Hớng dọc trục có Hình 5-3 Hớng ngang trục có
đồng bộ ứng với thứ tự ngợc dây quấn cản (a); không có (b) dây quấn cản (a); không có (b)
Trên các mạch điện thay thế: x


điện kháng tản phần ứng; x
d
điện kháng dọc trục
phần ứng; x
q
điện kháng ngang trục phần ứng; x

t
điện kháng tản của dây quấn kích thích;
x

cd
điện kháng tản dọc dây quấn cản; x

cq
điện kháng tản ngang trục dây quấn cản.
Theo các mạch điện thay thế trên ta xác định đợc điện kháng dọc trục v ngang trục.
- Khi có dây quấn cản: - Khi không có dây quấn cản
cdtdu
ud
xxx

+=

5-7
qquuq
xxxx =+=


5-8
Nh vậy khi có dây quấn cản
2
2
qd
xx
x

+

=
, thờng
qd
xx



nên 5-9
qd
xxx

=


= r

+ r
r
/2 (Với r
r
l điện trở rôto đã quy đổi về phần ứng).
Xác định x
2
v r
2
bằng thí nghiệm: Đặt điện áp thấp vo dây quấn stato quay rôto ngợc
chiều từ trờng quay với tốc độ n
1
đo U
2
; I
2
; P
2
của một pha từ đó tính đợc:
2
2
2
I
U
Z =
;
2
2

. Khi phân tích các s.t.đ thnh các sóng điều ho
thì chỉ có các s.t.đ bội của 3 l tồn tại, nh 3, 9, 15, ... Các dòng điện cảm ứng trong dây
quấn kích thích v dây quấn cản bởi từ trờng đó rất bé, do đó x
0
chủ yếu do từ trờng tản
rảnh v đầu nối gây nên. Với máy cực ẩn x
0*
= 0,02 - 0,10; máy cực lồi x
0*
= 0,02 - 0,20.
Điện trở thứ tự không r
0
lớn hơn r

không nhiều nên thờng coi r
0
= r

.
Các tham số Z
0
; r
0
; x
0
có thể xác định bằng thực nghiệm. Nối nối tiếp 3 pha dây quấn
stato đặt điện áp thấp vo v cho rôto quay với tốc độ đồng bộ, xác định các giá trị U
0
; P
0

phần thứ tự không thờng rất bé hoặc không tồn tại vì dây quấn 3 pha thờng đợc nối Y
v trung tính nối đất. Từ trờng do dòng điện thứ tự ngợc thờng gây nên các hiện tơng
bất lợi cho máy phát, nh: Điện áp không đối xứng lm tăng tổn hao, rôto nóng v máy
rung động.
1. Điện áp khi tải không đối xứng.
Khi tải không đối xứng điện áp đầu cực của máy phát sẽ không đối xứng, nghĩa l
chúng có biên độ không bằng nhau v góc lệch pha khác 120
0
. Điều ny ảnh hởng xấu
đến hộ dùng điện.
2. Tổn hao tăng v rôto nóng.
Khi tải không đối xứng từ trờng quay ngợc sinh ra dòng điện có tần số 2f ở rôto lm
tăng tổn hao ở rôto v lm cho rôto nóng lên, đồng thời tăng tổn hao v giảm hiệu suất.
3. Hiện tợng máy rung.
Khi tải không đối xứng do tác dụng tơng hổ giữa từ trờng cực từ với từ trờng quay
ngợc của stato v từ trờng quay thuận với từ trờng của các dòng điện có tần số 2f ở
rôto. chúng sẽ gây nên các mômen quay có dấu thay đổi v lực đập mạch với tần số 2f tác
dụng tiếp tuyến với bề mặt rôto lm cho máy bị rung động v gây ồn.
Thờng chỉ cho phép máy đồng bộ lm việc lâu di với tải không đối xứng khi dòng
điện các pha không vợt quá định mức v mức độ sai lệch dòng điện các pha không quá
10% đối với máy cực ẩn; 20% với máy cực lồi.

Máy điện 2
27
5.4 Ngắn mạch không đối xứng.
Hình 5-4
Ngắn mạch 1 pha

3
1
na
IIIII
&&&&&
====
5-16
Thay (5-16) vo (5-4) ta đợc:

021
0
210
ZZZ
E
III
++
===
&
&&&
5-17
v dòng điện ngắn mạch một pha có trị số:

021
0
01
3
3
ZZZ
E
III

l U
2
v
U
0
.
Mạch điện thay thế ny có thể áp dụng cho ngắn mạch một pha trong lới điện phức
tạp. Lúc đó Z
1
; Z
2
v Z
0
l các tổng trở thự tự thuận, ngợc v không của lới. Máy điện 2
28
2. Ngắn mạch hai pha.
Hình 5-7 Ngắn mạch
hai pha máy phát đ.b
Giả sử ngắn mạch hai pha b v c nh hình 5-7, ta có:
5-19
cb
UU
&&
=
5-20
0=
a

21
ZZ
E
II
+
==
&
&&

Cuối cùng ta đợc
21
0
11
2
21
2
2
3
3)(
ZZ
Ej
IjIaaIaIaIII
cbn
+

===+===
&
&&&&&&&
(5-22)
Bỏ qua r

29