ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 45 23 1(75) 23 (. .).10 (8,8 .2,639 2.8,8).10 0,222 ( ) ttdm chtdm PIr UI kW − − =+Δ = =+= 133. Tổn hao sắt trong gông Stator : 21,3 3 11/501 1 21,3 3 . . .( ) . .10 50 50 1,3.2,5.1,378 .( ) .28.10 0,1728 ( ) 50 Feg gcg g Feg f PkpB G kW − − == == Trong đó : k gcg = 1,3 là hệ số gia công đối với gông. P 1/50 = 2,5W/kg là suất tổn hao thép ở tần số từ hoá f = 50Hz và mật độ từ thông B = 1T. B g1 = 1,378T mật độ từ thông trên gông Stator. 134. Tổn hao sắt trong răng Stator : 21,3 3 11/501 1 21,3 3 . . .( ) . .10 50 50 1,7.2,5.1,507 .( ) .7,45.10 0,0719 ( ) 50 Fez gcz z Fez f PkpB G kW − − == == Trong đó : k gcz = 1,7 là hệ số gia công đối với răng. B z1 = 1,507T mật độ từ thông trên răng Stator. 135. Tổn hao cơ : 33 1 17,5 13,5 3,68. .( ) . 3,68.2.( ) . 0,2265 ( ) 40 100 40 100 r Co vl Pp kW== = Trong đó : v r =17,5m/s là tốc độ cực từ. 136. Tổn hao bề mặt trên bề mặt cực từ : 7 2 7 2. . . . . .10 2.2.17,514.0,7.13,5.378,39.10 0,025 ( ) bm m bm Pplp kW τα − − == == Trong đó : 1,5 2 1 1 1,5 2 . .( ) .(10. . ) 10000 36.1500 1,4.( ) .(10.0,238.1,95) 378,39 10000 bm o o Zn pk Bt== == : suất tổn hao bề mặt trung bình. k o = 1,4 : hệ số kinh nghiệm. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 46 t 1 =1,95cm : bước răng. . . 1,373.0,251.0,69 0,238 ( ) oo B kB T δδ β == = . Với 0,69 4,6 0,15 B δ δ == tra theo đường cong hình 6-1 [1] ta được 0,251 o T β = . 137. Tổn hao phụ khi có tải : 1 0,005. 0,005.9,6 0,048( ) fdm PP kW=== Với công suất tác dụng định mức : 33 1m 3. .I . .10 3.400.17,321.0,8.10 9,6 ( ) dm dm d PUcos kW ϕ −− == = . 138. Tổng tổn hao lúc tải định mức : 111 0,0352 0,222 0,1728 0,0717 0,2265 0,025 0,048 0,8 ( ) Cu kt Feg Fez Co bm f PP P P P P P P kW =++ ++++= =++++++= ∑ 139. Hiệu suất của máy phát : 1 0,8 (1 ).100% (1 ).100% 92% 9,6 0,8 dm P PP η =− =− = ++ ∑ ∑ . c. Độ tăng nhiệt của dây quấn Stator. 140. Dòng nhiệt qua bề mặt trong của Stator : 1 11 2 (1 ) 1 0,5.73, 4 (0,1728 0,0719 0,025).1000 .160,21.6,801.(1 ) 1,29 ( / ) 4020 13,5 .22,3.13,5 tb Fe c lP qAJ lDl Wcm θ ρ π π =++= ++ =++ = Với : 2 1. () 4020 mm cm θ ρ Ω = điện trở suất của dây dẫn ở nhiệt độ cho phép. A = 160,21(A/cm) tải đường. P Fe1 : tổn hao sắt lúc không tải (kW). P Fe1 = P Feg1 + P Fez1 + P bm = 0,1728+0,0719+0,025 =0,2697(kW) J = 6,801A/mm 2 mật độ dòng điện trong dây quấn Stator. Hệ số tản nhiệt bề mặt : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 47 320 .(1 0,1. ) 8.10 .(1 0,1.17,5) ( / . ) vo vWcmC αα − =+ = + Với 1 13,5 2 17,514 l τ =< nên chọn 32 8.10 ( / . ) o o Wcm C α − = v : vận tốc bề mặt Rôtor (m/s). 141. Độ tăng nhiệt của mặt ngoài lõi sắt Stator so với môi trường : 1 3 1, 29 58,64 8.10 .(1 0,1.17,5) o c v q C α θ α − == = + 142. Dòng nhiệt qua phần đầu nối dây quấn : 1 1 11,95 . . . .160,21.6,801. 0,0669 4020 7,91 d t qAJ C θ ρ == = Với : C 1 = 7,91cm là chu vi rãnh Stator. 143. Độ tăng nhiệt của mặt ngoài đầu nối dây quấn Stator so với nhiệt độ môi trường : 3 0,0669 22,6 .(1 0,07. ) 1,33.10 .(1 0,07.17,5) o d d q C v θ α − == = ++ Với 17,514 40cm cm τ =< ta chọn 32 1,33.10 ( / . ) o Wcm C α − = . 144. Độ tăng nhiệt trên lớp cách điện rãnh : 9,87 o cd C θ = . 145. Độ tăng nhiệt trung bình của dây quấn Stator : 11 1 ().(). 2 (9,87 58,64).13,5 (9,87 22,6).23,2 45,73 73,4 2 cd cd d dn tb o ll l C α θθ θθ θ +++ == +++ == d. Đặc tính của máy phát. 146. Năng lực quá tải tĩnh : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 48 * * 1, 83 2, 46 . 0,972.0,8 max o dm d ME Mxcos ϕ == = Với sức từ động kích từ định mức F tđm * = 2,155; từ đặc tính không tải ta được E o * = 1,83. Theo hình 11-29 sách thiết kế máy điện, với ** ** 0,972 0,607 0,329 . 1,83.0,607 dq oq xx Ex − − == Tra được k = 1,046. 147. Đặc tính góc M = f(θ) theo hình : * * *** 11 1 ().2 2 1, 83 1 1 1 ( ).2 0,972 2 0,607 0,972 1,88. 0,309. 2 o dqd E Msin sin xxx sin sin sin sin θθ θ θ θθ =+− = =+− = =+ 1,88. 0.309. 2sin sin θ θ + 1, 88.sin θ 0,309. 2sin θ Hình VII.1 Đặc tính góc. 150 120 90 180 60 30 2 1,5 1 0,5 0 M * θ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 49 CHƯƠNG VIII TÍNH TOÁN KẾT CẤU Ngoài việc phải chịu toàn bộ trọng lượng của Rôtor ra, trục còn chịu mô men xoắn và mô men uốn trong quá trình truyền động tải. Ngoài ra cũng cần chú ý đến lực từ một phía do khe hở không khí không đều sinh ra. Cuối cùng trục còn phải chịu lực do cân bằng động không tốt gây nên, nhất là khi quá tốc độ giới hạn. Với các kích thước chủ yếu : -Đường kính trong lõi sắ t Stato D = 22,3(cm). -Chiều dài lõi sắt Stator : l = 13,5(cm). 148. Đường kính trục ở chỗ đặt lõi sắt có thể chọn gần đúng theo : 0,25. ' 0,25.22 5,5 ( ) t DD cm=== Trong đó D' là đường kính ngoài cực từ Rôtor. Được tính theo : '2.22,32.0,1522()DD cm δ =− = − = Với δ = 0,15cm : chiều rộng của khe hở không khí. Trục được chế tạo bằng thép tốt, chọn thép số 40. Đối với đường kính chưa đến 100mm theo [1] thì nên dùng phôi liệu là thép cán. Trên trục có nhiều bậc. Tuy nhiên đối với đường kính trục 5,5cm nên gia công đường kính các bậc thang kề nhau khác nhau rất ít để tăng cường sức bền của trục và tính kinh tế lúc gia công. 149. Mô men quay của trục : 3 11 9,6.10 61,12 ( . ) 2. . 2. .50 2 dm PP M Nm f p ππ ω == = = 150. Các kích thước được tiêu chuẩn hóa theo bảng III của [1] : Với mô men quay M = 61,12N.m ta có kích thước đầu trục máy điện : Đường kính d 1 : d 1 = 3,8(cm). Chiều dài l 1 : l 1 = 8(cm). 151. Với chiều cao tâm trục h = 20(cm) ta chọn các kích thước khác của máy như sau : Khoảng cách bắt bulông giữa hai chân đế theo hướng trục : b 10 = 318(mm) = 31,8(cm). Khoảng cách bắt bulông giữa hai chân đế theo hướng kính : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 50 l 10 = 267(mm) = 26,7(cm). l 31 =133(mm) = 13,3(cm). Đường kính lỗ chân đế : d 10 = 19(mm) = 1,9(cm). 152. Tính toán trục. a. Tính độ võng của trục . 153. Trọng lượng của Rôtor theo (9-1) của [1] : 23 2 3 6,3.( ' . ).10 6,3.22 .13,5.10 41,2 ( )GDl Kg −− == = Với D' = 22cm đường kính ngoài lõi sắt Rôtor. l = 13,5cm chiều dài lõi săt Rôtor. Vì đây là máy có công suất khá bé cho nên ta có thể bỏ qua đường kính và chiều dài của cổ góp. 154. Mô men xoắn đầu trục định mức : 1 9,6 97500. 97500. 624 ( . ) 1500 x P M Kg cm n == = 155. Lực kéo đầu trục : 2 624 0,3. 197,1 ( ) 1, 9 x o M Pk Kg R == = Trong đó R o = d 1 /2 = 3,8/2 =1,9(cm) là bán kính của trục nối. k 2 = 0,3 vì truyền động bằng nối trực tiếp. Trên trục có các lực tác dụng sau : -Trọng lượng G do bản thân lõi sắt và dây quấn sinh ra. -Trọng lượng K của các bộ phận khác như cổ góp, cánh quạt, lực kéo đầu trục P do phương thức truyền động gây nên, lực từ một phía do khe hở không khí không đều sinh ra. Thực tế thì các lực tác dụng lên trục ở các vị trí khác nhau nhưng để đơn giản coi như chúng chỉ tác dụ ng lên cùng một chỗ. Hình VIII.1 Biểu đồ lực tính toán. G + Q 0 P A B 1a 2a 3a 4a đoạn a 3b 2b 1b đoạn b đoạn c ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 51 Hình VIII.2 Các kíc thước để tính toán trục. Phần bên phải trục : Tiết diện d 1 J i y i y i 3 y i 3 -y 3 i-1 y i 3 -y 3 i-1 /J i y i 2 y i 2 -y 2 i-1 y i 2 -y 2 i-1 /J i (cm) (cm 4 ) (cm) (cm 3 ) (cm 3 ) (cm -1 ) (cm 2 ) (cm 2 ) (cm 2 ) 1b 3.8 10.235 2.4 13.824 13.824 1.351 5.76 5.76 0.563 2b 4.4 18.398 5 125 111.176 6.043 25 19.24 1.046 3b 5 30.68 7 343 231.824 7.556 49 29.76 0.97 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 52 b 5.5 44.918 13.75 2599.61 2367.785 52.714 189.06 159.303 3.547 S b = 67.66 S o = 6.13 Phần bên trái trục : Tiết diện d 1 J i x i x i 3 x i 3 -x 3 i-1 x i 3 -x 3 i-1 /J i (cm) (cm 4 ) (cm) (cm 3 ) (cm 3 ) (cm -1 ) 1a 3.8 10.235 2.4 13.824 13.824 1.351 2a 4.2 15.275 4 64 50.176 3.285 3a 4.6 21.979 16 4096 4045.824 184.077 4a 4.8 26.058 17 4913 867.176 33.279 a 5.5 44.918 24.75 15160.9 14293.746 318.219 S a = 540.211 156. Độ võng trục f G do trọng lượng của Rôtor gây nên : 22 2 223 62 .( . . ) 3. . 41,2 (67,66.24,75 540,211.13,75 ) 0,633.10 ( ) 3.2,1.10 .38,5 Gba G fSaSb El cm − =+= =+= Trong đó E = 2,1.10 6 (Kg/cm 2 ) là mô men đàn tính của thép. S b = 67,66. S a = 540,211. l = a + b = 24,75 + 13,75 = 38,5(cm). 157. Độ võng trục f P do lực đầu trục P gây nên : [] [] 2 3 62 (1, 5. . ). . 3. . 197,1 . (1,5.38,5.6,13 67,66).24,75 13,75.540,211 0,306.10 ( ) 3.2,1.10 .38,5 Poba P flSSabS El cm − = −+= =−+= Trong đó : S o = 6,13. 158. Độ lệch tâm ban đầu : 33 0,1. 0,1.0,15 0,633.10 0,306.10 0,0159 ( ) oGP eff cm δ −− =++= + + = 159. Lực từ một phía ban đầu : 0,0159 3. . . 3.22.13,5. 94,45 ( ) 0,15 o o e QDl Kg δ == = ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 53 160. Độ võng f M do lực từ một phía gây ra : 2 2 0,1451.10 0,16.10 ( ) 1 1 0,091 o M f f cm m − − == = −− Trong đó : 32 94,45 0,633.10 . 0,1451.10 ( ) 41,2 o oG Q f fcm G −− == = 2 0,1451.10 0,091 ( ) 0,0159 o o f mcm e − == = 161. Độ võng tổng cộng : 332 2 0,633.10 0,306.10 0,16.10 0,254.10 ( ) GPM f fff cm −−− − =++ = + + = 161. Tốc độ giới hạn : 3 1 1 0,091 300. 300. 11370 0,633.10 gh G m n f − −− == = (vòng/phút). Tốc độ này cao hơn hẳn tốc độ định mức nên độ cứng của trục đạt yêu cầu. PHẦN III THIẾT KẾ SƠ ĐỒ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ỔN ĐỊNH ĐIỆÂN ÁP MÁY PHÁT CHƯƠNG I KHÁI QUÁT HỆ KÍCH TỪ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I.1 Đại cương Điện năng cung cấp cho các phụ tải phải có chất lượng đảm bảo để không ảnh hưởng nhiều đến các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của chúng. Để có được chất lượng điện đảm bảo như vậy thì trị số của hai đại lượng tần số và điện áp phải nằm trong giới hạn quy định bởi các tiêu chuẩn. Điện áp đầu cực máy phát điện U F luôn thay đổi so với trị số định mức khi phụ tải thay đổi như đóng cắt đột ngột ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 54 các phụ tải, cắt đường dây hoặc máy biến áp đang mang tải, cắt máy phát điện đang mang tải. Khi có sự thay đổi của phụ tải trên hoặc có các sự cố ngắn mạch điện áp ở đầu cực của máy phát bị sụt giảm, hệ thống bị mất ổn định gây nhiều hậu quả nghiêm trọng như các động cơ đang vận hành sẽ quay chậm lạ i hoặc ngừng hẳn, ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của chúng; hệ thống ánh sáng không ổn định. Vì vậy vấn đề tự động ổn định điện áp máy phát là một vấn đề cần thiết đối với mọi máy phát điện đồng bộ. Để ổn định điện áp máy phát phải tác động vào hệ thống kích từ của nó. Kích từ là mộ t yếu tố rất quan trọng của máy phát điện đồng bộ. Ta biết rằng điện áp được thành lập trên đầu cực máy phát chính là nhờ dòng kích từ nên tính chất làm việc ổn định và đảm bảo của máy phát điện đồng bộ phụ thuộc rất nhiều vào tính làm việc của hệ thôùng kích từ. Trong chế độ làm việc bình thường điều chỉnh dòng kích từ sẽ đi ều chỉnh được điện áp đầu cực máy phát, thay đổi công suất phản kháng vào lưới Hiệu quả thực hiện các nhiệm vụ trên phụ thuộc vào thông số của hệ thống kích từ cũng như kết cấu của bộ phận tự động điều chỉnh kích từ. I.2 Các loại hệ kích từ máy đồng bộ. I.2.1 Hệ kích từ dùng máy kích từ một chiều. Trong máy kích từ KT có dây quấn kích thích song song L s và dây quấn kích thích độc lập L n được nối cùng trục với máy đồng bộ. Dòng kích từ I t được đưa vào dây quấn kích từ có điện trở R T thông qua vành trượt và chổi điện. Hình I.1 Hệ kích từ dùng máy kích thích một chiều. L n L s KT R T U t ĐB U I t [...]... tâm lớn và phải được đặt sao cho Rôtor đảm bảo cân bằng động It It Ut U ĐB Ut U ĐB CL CL ° A ° B KT KT °A ° Phần quay B Phần tĩnh Phần quay Phần tĩnh b a Hình I.2 Hệ kích từ máy phát xoay chiều - chỉnh lưu 55 ...ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát I.2.2 Hệ kích từ dùng máy kích từ KT xoay chiều kết hợp với bộ chỉnh lưu CL Có hai phương án : Hình a, máy kích từ xoay chiều có phần cảm quay, phần ứng tĩnh . 52 b 5. 5 44.918 13. 75 259 9.61 236 7.7 85 52.714 189.06 159 .30 3 3. 54 7 S b = 67.66 S o = 6. 13 Phần bên trái trục : Tiết diện d 1 J i x i x i 3 x i 3 -x 3 i-1 x i 3 -x 3 i-1 . (cm 3 ) (cm 3 ) (cm -1 ) 1a 3. 8 10. 2 35 2.4 13. 824 13. 824 1 . 35 1 2a 4.2 15. 2 75 4 64 50 .176 3. 2 85 3a 4.6 21.979 16 4096 40 45. 824 184.077 4a 4.8 26. 058 17 49 13 867.176 33 .279 a 5. 5 44.918 24. 75. y i 3 y i 3 -y 3 i-1 y i 3 -y 3 i-1 /J i y i 2 y i 2 -y 2 i-1 y i 2 -y 2 i-1 /J i (cm) (cm 4 ) (cm) (cm 3 ) (cm 3 ) (cm -1 ) (cm 2 ) (cm 2 ) (cm 2 ) 1b 3. 8 10. 2 35 2.4 13. 824 13. 824