ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát So với chỉnh lưu pha chỉnh lưu tia ba pha có chất lượng dịng diện chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển van bán dẫn tương đối đơn giản Với dòng điện cuộn day thứ cấp dòng chiều, nhờ có biến áp ba pha ba trụ mà từ thông lõi thép máy biến áp từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn Nếu biến áp chế tạo từ ba máy biến áp pha cơng suất cịn lớn nhiều Khi chế tạo biến áp động lực có cuộn dây phải đấu với dây trung tính phải lớn dây pha dây trung tính chịu dịng điện tải I.3.5 Chỉnh lưu tia sáu pha B1 A1 C1 a.Sơ đồ : Z + A T6 + + B T5 C T4 Ud A T3 Ld B- CT1 T2 Id Hình I.16 Sơ đồ mạch động lực chỉnh lưu tia sáu pha Sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha cấu tạo sáu van bán dẫn nối với biến áp ba pha có sáu cuộn dây thứ cấp Trên trụ biến áp có hai cuộn dây giống ngược pha Điện áp pha dịch pha goc 600 Dạng sóng điện áp tải phần dương điện áp pha Với dạng sóng hình I.18 ta nhận thấy chất lượng điện áp chiều coi tốt u B- θ1 A+ θ2 C- θ3 B+ θ4 A- θ5 C+ θ6 B- θ7 A+ θ8 C- θ9 ud θ 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình I.17 Giản đồ đường cong điện áp b.Các thơng số sơ đồ : -Giá trị trung bình điện áp tải tải điện cảm : Ud = 2π 2π +α ∫ 2U 2f sin ωt.dωt π 3 U 2f cosα π -Giá trị trung bình dịng chảy van : I I tb = d -Giá trị điện áp ngược đặt lên van : U NV = 2U 2f -Công suất máy biến áp : SBA = 1,26Ud.Id c.Nhận xét : Theo dạng sóng điện áp thấy van bán dẫn dẫn thông khoảng 1/6 chu kỳ So với sơ đồ khác chỉnh lưu tia sáu pha dịng điện chạïy van bán dẫn bé Do sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha có ưu điểm dòng tải lớn Tuy nhiên với biến áp ba pha sáu cuộn dây thứ cấp chế tạo phức tạp Do sơ đồ sử dụng thực tế I.3.6 Chỉnh lưu cầu ba pha *Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng = Hình I.18 Sơ đồ mạch động lực chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng D1 F D2 D3 T1 A T2 B T3 C R Ud L E 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Loại chỉnh lưu cấu tạo từ nhóm NA NK có điều khiển nhóm khơng điều khiển mơ tả hình I.22 Hoạt động sơ đồ : Tại θ1 cấp xung điều khiển mở T1 , điện áp pha A dương pha B pha C pha B âm nên Thyristor T1 Diod D2 dẫn cho dịng chảùy qua tải khoảng θ1 ÷ β1 Đến β1 điện áp pha C âm nên T1 D3 dẫn θ2 Tại θ2 cấp xung điều khiển mở T2 , điện áp pha B dương pha A pha C pha C âm nên T1 D3 dẫn Đến β2 điện áp pha A âm nên T2 D3 dẫn θ3 Tương tự : θ3 ÷ β3 , T3 D1 dẫn θ4 ÷ β4 , T3 D2 dẫn Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển khơng đối xứng có dịng điện điện áp tải liên tục góc mở van bán dẫn nhỏ 600 Khi góc mở tăng lên thành phần điện cảm tải nhỏ, dòng điện điện áp gián đoạn Theo dạng sóng điện áp tải trị số điện áp trung bình tải khơng góc mở đạt tới 1800 Có thể coi điện áp tải tổng hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha uB u β1 β2 θ1 θ2 uA uC β4 β3 θ3 θ θ4 ud θ i Id IT1 θ 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình I.19 Giản đồ đường cong điện áp tải, dịng điện tải, dịng điện van b.Thơng số sơ đồ : -Giá trị trung bình điện áp tải : + cosα + cosα Ud = U 2f = 2,34U 2f π 2 -Điện áp ngược đặt lên van bán dẫn : UN = 6U 2f -Công suất biến áp : SBA = 1,05.Ud.Id công suất máy biến áp giống sơ đồ điều khiển đối xứng c.Nhận xét : So với cầu ba pha điều khiển đối xứng sơ đồ việc điều khiển van bán dẫn thực đơn giản Ta coi mạch điều khiiển chỉnh lưu điều khiển chỉnh lưu tia ba pha Tuy nhiên điện áp chỉnh lưu chứa nhiều thành phần sóng hài Chỉnh lưu cầu ba pha sơ đồ có chất lượng điện áp tốt , hiệu suất sử dụng biến áp cao sơ đồ phức tạp I.3.7 Chọn sơ đồ thiết kế Qua trình bày ta chọn sơ đồ mạch động lực sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển khơng đố xứng phù hợp so với sơ đồ chỉnh lưu khác Với nguồn cấp cho kích từ lấy trực tiếp từ đầu máy phát chính, 70 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát điện xoay chiều ta phải chỉnh lưu thành điện chiều, sau đưa vào kích từ kợp lý hai phương diện kỹ thuật kinh tế Các thông số kỹ thuật tốt sơ đồ chỉnh lưu, vận hành đơn giản, giá thành không cao Chẳng hạn sử dụng sơ đồ băm áp chiều điều chỉnh tần số đóng ngắt cao, điện áp gần phẳng giá thành đầu tư cao Đặc biệt phải có nguồn chiều để cung cấp cho nguồn băm áp nên làm cho hệ thống phức tạp Ngoài việc với nguồn chỉnh lưu cho kích từ máy phát dễ dàng cho việc thiết kế chế tạo Theo yêu cầu thiết kế mạch ổn định điện áp cho máy phát công suất 12kVA, tần số 50Hz, điện áp máy phát 400V Đây máy có cấp cơng suất khơng lớn nên để đơn giản cho hệ thống kích từ khơng dùng máy phụ cấp nguồn cho kích từ mà ta lấy trực tiếp điện áp đầu máy phát qua biến áp qua chỉnh lưu làm nguồn cấp cho hệ thống kích từ Các thơng số mạch kích từ Uktđm = 65V, Iktđm = 8,8A, Pktđm = 572W CHƯƠNG II TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC Như kết luận chương I (phần II) ta chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng Bao gồm có sáu van bán dẫn : Diod Thyristor II.1 Sơ đồ mạch động lực : C • B • A • • • • • • • • • R2 C2 R2 • R2 C2 C2 AT CD • • BA c 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình II.1 Sơ đồ mạch động lực thiết bị bảo vệ II.2 Tính chọn thơng số mạch động lực Các thông số máy phát điện đồng P = 12kVA, U = 400V, f = 50Hz Các thơng số mạch kích từ : Uktđm = 65V, Iktđm = 8,8A, Pktđm = 572W II.2.1 Chọn van động lực : Các van động lực chọn dựa vào yếu tố dòng điện, sơ đồ chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc Theo yêu cầu thiết kế cho điện áp tải Ud = Uktđm = 65V dòng điện tải Id = Iktđm = 8,8A Để van bán dẫn làm việc an tồn khơng bị chọc thủng nhiệt ta nên chọn hệ thống tỏa nhiệt hợp lý Vì máy phát điện làm việc thời gian dài ta chọn phương pháp tỏa nhiệt có cánh tản nhiệt với đầy đủ diện tích bề mặt, khơng cần quạt làm mát ( không cần làm mát cưỡng bức) Van động lực cần chọn có thơng số : -Điện áp ngược van lớn phải chọn : U nmax = knv U U2 = Ud với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng : ku knv = = 2, 45 [ ] ku = π = 2,34 [ ] 72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Như : Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát U nmax = knv Ud 65 = 2, 45 = 68, 05 (V ) 2,34 ku -Điện áp ngược van cần chọn : U nv = kdtU U nmax = 2.68, 05 = 136,1 (V ) Trong : kdtU = hệ số dự trữ điện áp -Dòng điện làm việc van tính theo dịng hiệu dụng : I lv = I hd = khd I d = 0,58.8,8 = 5,1 ( A) Trong : khd = 0,58 hệ số xác định dòng điện -Với điều kiện làm mát dịng định mức van cần chọn : Ilv = (10 ÷ 40) %.Idmv I dmv = ki I lv = 4.5,1 = 20, ( A) Trong : ki = hệ số dự trữ dịng điện Từ thơng số Unv Iđmv ta chọn Thyristor giống có thơng số loại HT25/04OG2 Có thơng số sau : -Điện áp ngược cực đại van : Unv = 400V -Dòng điện làm việc cực đại : Iđm = 25A -Dòng điện đỉnh cực đại : Ipik = 400A -Dòng điện xung điều khiển : Ig = 50mA -Điện áp xung điều khiển : Ug = 2,5V -Dòng điện rò : Ir = 10mA -Sụt áp cực đại van mở : ΔU = 1,8V -Đạo hàm điện áp : dU/dt = 200V/s -Nhiệt độï làm việc cực đại : Tmax = 1250C Và chọn ba Diod giống loại HD25/02-4 có thơng số sau : -Dòng điện chỉnh lưu cực đại : Imax = 25A -Điện áp ngược Diod : Un = 200V -Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 300A -Tổn hao điện áp trạng thái mở Diod: ΔU = 1,4V -Nhiệt độ cho phép : Tcp = 1800C II.2.2 Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu Điện áp chỉnh lưu có tải : 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát [7] Trong : αmin = 10 góc dự trữ có suy giảm điện lưới ΔUV : tổn thất điện áp van bán dẫn ΔUV = ΔUTmax + ΔUD = 1,8 +1,4 = 3,2V ΔUdn : Tổn thất điện áp dây nối Coi ΔUdn = ΔUba : sụt áp bên máy biến áp có tải Thường chọn ΔUba = (5÷10)% Vậy ΔUba = 5%.Ud = 5%.25 = 1,25V U cosα = U d + ΔUV + ΔU dn + ΔU ba Vậy : U = U d + ΔUV + ΔU dn + ΔU ba 65 + 3, + + 1, 25 = = 70,52 (V ) cosα cos100 Công suất tối đa tải : Pdmax = U I d = 70,52.8,8 = 620, (W ) Công suất biến áp nguồn cấp : Sba = ks Pdmax = 1, 05.620, = 661, (VA) Điện áp pha sơ cấp máy biến áp : U1p = U1 = 400V Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : U2 f = U2 = U 70,52 = = 30,15 (V ) ku π Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp : 8,8 = 7,19 ( A) I = ki I d = Trong : ki = [7] Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp : I1 = kba I = U2 30,15 I = 7,19 = 0,54 ( A) 400 U1 II.2.3 Tính chọn thiết bị bảo vệ : Bảo vệ dòng điện cho van 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Áptômat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động cắt mạch tải ngắn mạch Thyristor, ngắn mạch đầu biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp Aptơmat phải có Iđm = 1,1.Id1 = 1,1 0,54 = 1,03(A) Chỉnh định dòng ngắn mạch : I nm = 2,5.I d = 2,5 3.0,54 = 2,34 ( A) Dòng tải : I qt = 1, 6.I d = 1, 3.0,54 = 1,5 ( A) Cầu dao có dịng định mức : I dm = I dmAp = 1, 03 ( A) Cầu chảy : dùng cầu chảy tác động nhanh bảo vệ ngắn mạch Thyristor Nhóm 1cc : dịng điện định mức nhóm dây chảy 1cc : I1cc =1,1.I2 =1,1.7,19 = 7,91 ( A) Nhóm 2cc : dịng điện định mức nhóm dây chảy 2cc : I2cc = 1,1.I hd = 1,1.5,1 = 5,261 ( A) Nhóm 3cc : dịng điện định mức nhóm dây chảy 3cc : I3cc = 1,1.Id = 1,1.8,8 = 9,7 ( A) Như ta chọn : +1 Aptômat loại Hi-Mec 30AF loại ABE30a có thơng số : Điện áp cách điện định mức : Ucđ = 490V Điện áp xung định mức : Uimp = 6kV Điện áp phục vụ tối đa định mức : Ue = 460V Dòng điện định mức 400C : Iđm = 3A +1 cầu dao có dịng định mức : Iđm ≥ 2A + Cầu chẩy nhóm : 1cc có Iđm ≥ 8A 2cc có Iđm ≥ 6A 3cc có Iđm ≥ 10A Bảo vệ điện áp cho van : Để bảo vệ điện áp cho van trình đóng cắt Thyristor thực cách mắc R-C song song với Thyristor Diod R1 C1 DA R1 C1 TA Hình II.2 Mạch bảo vệ điện áp cho van 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Khi có chuyển mạch phóng điện từ van ngồi tạo nên xung điện áp bề mặt tiếp giáp p-n Mạch R-C mắc song song với van bán dẫn tạo thành mạch vịng phóng điện tích q độ q trình chuyển mạch van Theo kinh nghiệm R1 = (5 ÷ 30)Ω ; C1 = (0,25 ÷ 4)μF Chọn theo tài liệu [7] : R1 = 5,5(Ω) C1 = 0,25μF 3.Bảo vệ van bán dẫn khỏi đánh thủng xung điện áp từ lưới Chúng ta mắc song song với tải đầu vào mạch R-C nhằm lọc xung Nhờ có mạch lọc mà đỉnh xung gần hồn toàn nằm lại điện trở đường dây Trị số R2, C2 chọn theo tài liệu [7] : R2 = 12,5Ω C2 = 4μF • • R2 C2 R2 • R2 C2 C2 • • Hình II.3 Mạch bảo vệ van tránh xung điện áp từ lưới Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn Khi van bán dẫn làm việc có dịng điện chạy qua , van có sụt áp , có tổn hao cơng suất ΔP, tổn hao sinh nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác , van bán dẫn phép làm việc nhiệt độ cho phép (Tcp) Nếu nhiệt độ cho phép van bán dẫn bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an toàn ta phải chọn hệ thống toả nhiệt hợp lý Tổn thất công suất Thyristor : ΔP = ΔU Ilv = 1,8.5,1 = 9,18 (w) Diện tích bề mặt toả nhiệt : ΔP 9,18 Sm = = = 0,029 (m2 ) km τ 8.40 Trong : km = (w/m2.0C) hệ số toả nhiệt đối lưu xạ τ = Tlv − Tmt = 80 − 40 = 400 C độ chênh nhiệt Tmt = 400C nhiệt độ môi trường Nhiệt độ làm việc cực đại van 1250C Do chọn nhiệt độ cánh toả nhiệt : Tlv = 800C Vậy Sm = 0,029(m2 ) = 290(cm2) Chọn loại cánh toả nhiệt có cánh , kích thước cánh : 76 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát a×b = 5×5(cm×cm) Với a chiều cao cánh toả nhiệt, b chiều rộng cánh toả nhiệt Tổng diịen tích toả nhiệt cánh : S = 6.2.5.5 = 300(cm2) CHƯƠNG III THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 77 ... T2 , điện áp pha B dương pha A pha C pha C âm nên T1 D3 dẫn Đến β2 điện áp pha A âm nên T2 D3 dẫn ? ?3 Tương tự : ? ?3 ÷ ? ?3 , T3 D1 dẫn θ4 ÷ β4 , T3 D2 dẫn Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển khơng đối... áp pha A dương pha B pha C pha B âm nên Thyristor T1 Diod D2 dẫn cho dòng chảùy qua tải khoảng θ1 ÷ β1 Đến β1 điện áp pha C âm nên T1 D3 dẫn θ2 Tại θ2 cấp xung điều khiển mở T2 , điện áp pha. .. thơng số sau : -Dòng điện chỉnh lưu cực đại : Imax = 25A -? ?iện áp ngược Diod : Un = 200V -? ?ỉnh xung dòng điện : Ipik = 30 0A -Tổn hao điện áp trạng thái mở Diod: ΔU = 1,4V -Nhiệt độ cho phép : Tcp