Đồ án thực gồm phần sau: Phần I: Giới thiệu chung máy điện đồng Phần II: Các sơ đồ kích từ máy phát đồng Phần III: Tính toán thiết kế số phương án CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 1.1 Nguyên lý làm việc máy điện đồng Máy điện đồng thiết bị điện quan trọng sử dụng rộng rãi công nghiệp Phạm vi sử dụng làm máy phát điện, nghĩa biến đổi thành điện Điện chủ yếu dùng kinh tế quốc dân đời sống sản xuất từ máy phát điện quay tuabin hơi, tuabin khí tuabin nước Hai loại thường gặp máy phát nhiệt điện máy phát thuỷ điện pha Máy điện đồng dùng làm động đặc biệt thiết bị lớn, khác với động không đồng chúng phát công suất phản kháng Thông thường máy đồng tính toán, thiết kế cho chúng phát công suất phản kháng gần công suất tác dụng Trong số trường hợp, việc đặt máy đồng gần trung tâm công nghiệp lớn để phát công suất phản kháng Với mục đích bù hệ số công suất cosϕ cho lưới điện gọi máy bù đồng Ngoài động đồng công suất nhỏ (đặc biệt động kích từ nam châm vĩnh cửu) dùng rộng rãi trang bị tự động điều khiển 1.2 Phân loại kết cấu máy điện đồng Phân loại: Theo kết cấu chia máy điện đồng thành loại: Máy đồng cực ẩn thích hợp với tốc độ quay cao (số cực 2P = 2), máy điện đồng cực lồi thích hợp với tốc độ quay thấp (2P ≥ 4) Hình 1.1: Rôto cực lồi Hình 1.2: Rôto cực ẩn Theo chức chia máy điện đồng thành loại chủ yếu sau: a Máy phát điện đồng - Máy phát điện đồng thường kéo tuabin tuabin nước gọi máy phát tuabin hay máy phát tuabin nước Máy phát tuabin có tốc độ quay cao, chế tạo theo kiểu cực ẩn trục máy đặt nằm ngang nhằm đảm bảo độ bền cho máy Máy phát điện tuabin nước có tốc độ quay thấp nên có kết cấu theo kiểu cực lồi, nói chung trục máy thường đặt thẳng đứng Bởi để giảm kích thướt máy phụ thuộc vào chiều cao cột nước Trong trường hợp máy phát có công suất nhỏ cần di động thường dùng động điezen làm động sơ cấp gọi máy phát điện điezen, loại thường chế tạo theo kiểu cực lồi b Động điện đồng bộ: Động điện đồng thường chế tạo theo kiểu cực lồi sử dụng để kéo tải không đòi hỏi phải thay đổi tốc độ, với công suất chủ yếu từ 200KW trở lên c Máy bù đồng bộ: Máy bù đồng thường dùng để cải thiện hệ số công suất cosϕ lưới điện Ngoài loại có loại máy điện đặc biệt như: Máy biến đổi phần ứng, máy đồng tần số cao máy điện công suất nhỏ dùng tự động, động đồng nam châm vĩnh cửu, đồng đồng phản kháng, động đồng từ trễ, động bước Kết cấu: Để thấy rõ đặc điểm kết cấu máy điện đồng bộ, ta xét trường hợp máy cực ẩn máy cực lồi sau: a Kết cấu máy đồng cực ẩn: Roto máy đồng cực ẩn làm thép hợp kim chất lượng cao, rèn thành khối hình trụ, sau gia công phay rãnh để đặt dây quấn kích từ Phần không phay rãnh lại hình thành nên mặt cực từ Mặt cực ngang trục lõi thép roto hình 1.3 Hình 1.3: Mặt cắt ngang trục lõi thép rôto Thông thường máy đồng chế tạo với số cực 2P = 2, tốc độ quay n = 3000(vòng/phút) Để hạn chế lực ly tâm, phạm vi an toàn hợp kim, người ta chế tạo roto có đường kính nhỏ: (D = 1,1 ÷ 1,15 (m)) Vì muốn tăng công suất máy tăng chiều dài l roto (lmax = 6,5m) Dây quấn kích từ đặt rãnh roto quấn thành bối dây, vòng dây bối dây cách điện với lớp mica mỏng Miệng rãnh nêm kín để cố định ép chặt bối dây Dòng điện kích từ dòng chiều đưa vào cuộn kích từ thông qua chổi than đặt trục roto Stato máy đồng cực ẩn bao gồm lõi thép ghép lại từ thép kỹ thuật điện, có tạo rãnh để đặt dây quấn pha Stato gắn liền với thân máy, dọc chiều dài lõi thép stato có làm rãnh thông gió ngang trục với mục đích thông gió mát máy điện Trong máy đồng công suất trung bình lớn thân máy chế tạo theo kết cấu khung thép, máy phải có hệ thống làm mát Nắp máy chế tạo từ thép gang đúc b Kết cấu máy đồng cực lồi: Máy đồng cực lồi thường có tốc độ quay thấp đường kính roto lớn nhiều lần so với roto cực ẩn: (D max = 15m), chiều dài lại nhỏ, với tỷ lệ l/D = 0,15 ÷ 0,2 Roto máy đồng cực lồi công suất trung bình nhỏ có lõi thép chế tạo từ thép đúc gia công thành khối lăng trụ, mặt có đặt cực từ Ở máy lớn Lõi thép hình thành thép dày từ 1mm đến 6mm, dập đúc định hình sẵn để ghép thành khối lăng trụ, lõi thép thường không trực tiếp lồng vào trục máy mà đặt giá đỡ roto Dây quấn cản (trường hợp máy phát đồng bộ) quấn mở máy (trường hợp động đồng bộ) đặt đầu cực Các dây quấn giống dây quấn kiểu lồng sóc máy điện không đồng bộ, nghĩa làm đồng đặt vào rãnh đầu cực nối đầu vòng ngắn mạch Hình 1.4: Cực từ máy đồng cực lồi Lá thép cực từ Dây quấn kích từ Đuôi hình T Nêm Lõi thép roto Stato máy đồng cực lồi đặt nằm ngang với máy có công suất nhỏ, tốc độ quay cao Ở trường hợp máy phát tuabin nước công suất lớn, tốc độ chậm trục máy phải đặt thẳng đứng theo kiểu treo kiểu đõ tuỳ thuộc vào cách bố trí ổ trục đỡ + Ưu điểm kiểu treo ổn định, chịu ảnh hưởng tác động phần phụ, chi phí xây dựng cao, kiểu đỡ giảm kích thước máy theo chiều cao Do giảm kích thước chung máy Như tuỳ theo yêu cầu mà ta phải có cách bố trí cho hợp lý 1.3 Các thông số chủ yếu máy phát điện đồng Trong máy phát điện đồng thông số như: Công suất, điện áp, dòng điện định mức phải kể đến thông số khác máy phát điện đồng là: điện trở, điện kháng cuộn dây, số quán tính điện Điện kháng đồng dọc trục ngang trục (Xd,Xq) Điện kháng đồng dọc trục ngang trục thông số đặc trưng máy phát điện chế độ xác lập Ở máy phát điện cực lồi mặt cực, từ thông khe hở không khí không đều, nên mạch từ không bão hòa Do điện kháng dọc trục ngang trục khác nhau(Xd ≠ Xq) Còn máy phát cực ẩn khe hở không khí nhau, mạch từ bão hòa nên: Xd = Xq Điện kháng độ X'd Đặc trưng cho cuộn cảm cuộn dây chế độ xác lập Ở chế độ từ thông sinh cuộn dây stato qua cuộn dây roto bị giảm phản ứng hỗ cảm cuộn dây Điện trở mạch kín cuộn dây roto thường nhỏ nên phần ứng hỗ cảm triệt tiêu hoàn toàn từ thông bên Vì coi điện cảm mạnh khép kín bên cuộn dây roto nhỏ không phụ thuộc vào dạng cực từ Điện kháng siêu độ: Điện kháng đặc trưng cho điện cảm cuộn dây stato giai đoạn đầu chế độ độ giai đoạn đầu chế độ bị ảnh hưởng cuộn dây cản, làm giảm từ thông cuộn dây stato Do X"d < X'd Do dòng điện xuất cuộn dây cản tức thời điện kháng X"d tồn giai đoạn đầu chế độ độ Hằng số quán tính Tj: Đặc trưng cho mômen quán tính phần quay, số tính toán tùy thuộc vào loại máy phát Tj = J Jđm = ω2đm Sđm Trong đó: 2π.n 60 ωđm = GD 60 J= Với: G - Khối lượng vật quay D - đường kính vật quay 1.4 Đồ thị vectơ đặt tính máy phát điện Phương trình điện áp đồ thị vectơ máy phát điện đồng Đối với máy phát đồng bộ: 10 −3 4I 4.71.10 − = π.J 3,14.2,75 4.20.10 3,14.2,75 Trong đó: I1 = KU I2 = 0,28 71 = 20(mA) d1 = = 0,096(mm) Tra bảng II-3 tài liệu tham khảo ta chọn dây π∋ậ-1 có: Đường kính tính toán: dtt = 0,1(mm) Đường kính kể cách điện: dcđ = 0,125(mm) Tiết diện: S = 0,00785(mm2) Trọng lượng: GU = 0,0698(g/m) Điện trở suất: ρcu = 2,291(Ω/m) - Đường kính dây quấn thứ cấp d2 = = 0,18(mm) Tra bảng II-3, tài liệu tham khảo ta chọn loại π∋ậ-1 có: dtt = 0,18(mm) S = 0,0254(mm2) GU = 0,226(g/m) 122 h − hg d n1 ρcu = 0,707(Ω/m) Đường kính ngoài: dcđ = 0,21(mm) + Tính số vòng dây lớp dây W11 = Trong đó: dn : đường kính dây quấn kể cách điện hg : khoảng cách cách điện với gông, ta chọn: 123 30 − 0,25 0,125 hg = 2dn = 0,125 = 0,25(mm) Vậy: W11 = = 238(vòng) + Số lớp dây cuộn sơ cấp là: 124 7507 W1 238 W11 125 Sld1 = = = 32(lớp) Trước quấn dây người ta lồng vào trụ ống quấn dây làm vật liệu cách điện dày 1(mm) + Ta có đường kính đường tròn ngoại tiếp trụ là: 2 2 12 + 10 a +b R = = = 15,6(mm) Vậy ta chọn ống cách điện có đường kính 18(mm) R' = R + 0,2 = 18(mm) + Tính bề dày cuộn dây sơ cấp có kể cách điện dày 0,1(mm) e1 = 32 0,125 + 32 0,1 = 7,2(mm) - Bán kính trung bình dây quấn sơ cấp là: 126 30 − , 25 18 + , hR−'+heg1 0,221 d2n r1 = = = 12,6(mm) - Chiều dài dây quấn sơ cấp là: L1 = 2π r1 W1 10-3 L1 = 3,14 12,6 7507 10-3 = 594(m) * Dây quấn thứ cấp + Số vòng dây lớp: W22 = = = 142(vòng) + Số lớp dây cuộn thứ cấp: 127 2115 W2 142 W 22 128 18 + , R '+e 2 Sld2 = = = 15(lớp) + Bề dày cuộn thứ cấp kể cách điện lớp với nhau, chọn loại cách điện dày 0,1(mm): e2 = 15 0,21 + 15 0,1 = 4,6(mm) + Bán kính trung bình dây quấn thứ cấp: r2 = = = 11,3(mm) + Chiều dài dây quấn thứ cấp: L2 = 2π r2 W2 10-3 L2 = 3,14 11,3 2115 10-3 = 150(m) * Điện trở dây quấn nhiệt độ 750C 129 + Điện trơ cuộn sơ cấp r1 = ρcu1 L1(1 + αt) Trong đó: α = 0,004: hệ số nhiệt điện trở t = 750C : nhiệt độ cuộn dây ρcu1 = 2,291 (Ω/m) Vậy r1 = 2,291 594(1 + 0,004 75) = 1,77(KΩ) + Điện trở cuộn thứ cấp: r2 = ρcu2 L2(1 + αt) r2 = 0,707 150(1 + 0,004 75) = 138(Ω) * Tính máy biến áp BA1 BA1 R14 R15 BI Uf d U f áp 220(V) vU= 13,3 Căn vào sơ đồ ta có: Uv = Ufdòng - Uf.áp Trong đó: Uf.dòng = KI Iđm Uf.áp = KU I1 Với: KU = 0,28 chọn 130 13,3 + 61,6 289 Vậy ta được: 13,3 = 289 KI - 0,28 220 => KI = = 0,26 Nên ta được: Uf.dòng = 0,26 289 = 75(V) Để thuận lợi cho trình điều chỉnh ta chọn Uf.d = 94%U2 Vậy điện áp thứ cấp máy biến áp BA1 là: U2BA1 = 80(V) Điện áp sơ cấp máy biến áp BA1 U1BA1 = KBA U2BA2 Chọn KBA = 1,5 Vậy U1BA1 = 1,5 80 = 120(V) + Ở mục - ta tính dòng điện định mức máy phát là: Iđm = 288(A) Vậy ta chọn biến dòng loại BD8 công ty EMIC sản xuất có thông số sau: Dòng sơ cấp: I1 = 300(A) Dòng thứ cấp: I2 = 5(A) Số vòng dây sơ cấp: n1 = 1(vòng) 131 Dung lượng: S = 10(VA) Cấp xác: 0,5 + Tính điện trở phân áp R15: Để cho: U1BA1 = 120(V) ta chọn R15 cho U1BA1 = I2BI R15 132 U1BA1 120 I BI 133 => R15 = = = 24(Ω) 134 MỤC LỤC Trang Mở đầu Chương I - Giới thiệu chung máy điện đồng 1.1 Nguyên lý làm việc máy điện 1.2 Phân loại kết cấu máy điện đồng Phân loại 2 Kết cấu 1.3 Các thông số chủ yếu máy phát đồng Điện kháng đồng dọc trục ngang trục Điện kháng độ .6 Điện kháng siêu độ Hằng số quán tính 1.4 Đồ thị véctơ đặt tính Phương trình điện áp đồ thị vectơ máy phát điện đồng Đặc tính máy phát điện đồng 12 1.5 Chế độ thuận nghịch máy điện 17 Chế độ máy phát 17 Chế độ động 18 Chế độ máy bù đồng .19 Chương II - Các sơ đồ kích từ MFĐ đồng .20 2.1 Khái niệm chung .20 2.2 Phân loại đặc điểm hệ thống kích từ Hệ thống kích từ dùng máy phát điện chiều .22 Hệ thống kích từ dùng máy phát xoay chiều chỉnh lưu 24 Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển 26 2.3 Một số sơ đồ kích từ máy phát đồng tự kích 27 135 Thực cộng nối tiếp tác dụng mạch áp dòng qua chỉnh lưu không điều khiển 27 Thực cộng song song tác dụng mạch áp dòng 27 2.4 Điều kiện tự kích máy phát điện đồng 28 Chương III - Khảo sát sơ đồ hệ thống tự kích tự ổn định điện áp máy phát điện vận hành theo công suất khác 30 3.1 Khái quát chung hệ thống điều chỉnh điện áp 30 3.2 Khảo sát hệ thống tự kích tự động ổn định điện áp .31 Sơ đồ 31 Sơ đồ .33 Sơ đồ .35 Sơ đồ .38 Sơ đồ .40 Sơ đồ .43 Sơ đồ .49 Chương IV - Thiết kế tính toán phương án 56 4.1 Chọn phương án .56 4.2 Tính toán mạch động lực 58 Tính toán thông số máy phát 58 Tính chọn van cho mạch lực 59 4.3 Tính toán mạch điều khiển 63 Tính mạch tạo xung rơle RL hút 63 Tính toán cầu đo 70 Tính toán máy biến áp chọn van chỉnh lưu 73 Kết luận 85 Tài liệu tham khảo 86 136 [...]... này thông qua các đại lượng như điện áp, dòng điện, dòng kích từ, hệ số Cosϕ, tần số f, và tốc độ quay n Để phân tích đặc tính làm việc của máy phát điện đồng bộ ta dựa vào 3 đại lượng chủ yếu là: U, I, If thành lập các đường đặc tính sau: a Đặc tính không tải: Đặc tính không tải là quan hệ: E = U0 = f (it), khi I = 0 và f = fđm Dạng đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ cực ẩn và cực lồi 34... việc như động cơ điện đồng bộ, máy phát ra công suất âm đưa vào mạng điện hay nói khác đi là tiêu thụ công suất điện lấy từ mạng để biến thành cơ năng Thông thường động cơ đồng bộ có cấu tạo cực lồi, ta viết phương trình cân bằng điện áp cho trường hợp động cơ 32 U EI = + j dXd + jqXq + rư (1 - 9) Ta có thể vẽ đồ thị vectơ cho 2 trường hợp: Thiếu kích từ và khi quá kích từ 33 Từ đồ thị sẽ cho ta thấy... động cơ điện đồng bộ 11 U EI = δ + (rư + jXδư) (1 - 2) Trong đó: U: Điện áp đầu cực máy phát 12 Rư, Xδu': Điện trở và điện kháng tản của dây quấn phần ứng Eδ: Sức điện động cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe hở không khí Khi có tải thì suất điện động cảm ứng này được chia làm 2 thành phần: E 13 δ = +ư a Ta xét trường hợp máy phát điện Trong trường hợp này ta xét cho 2 loại máy cực ẩn và máy cực... trục và ngang trục -jXδư = -jqXδư - (- jdXδư) Lúc này phương trình (1 - 5) trở thành: I 24 U EI = -jdXd -jqXq - rư (1 - 6) Với: Xd = Xưd + Xδư Xq = Xưq + Xδư 25 Xd : điện kháng đồng bộ dọc trục Xq : điện kháng đồng bộ ngang trục Biểu diễn phương trình (1 - 6) trên đồ thị vectơ E jI Xq jId Xd y jIq Xq Iq q U j Irư y I Id Hình 1.6: Đồ thị sđđ đã biến đổi của máy điện cực lồi + Trường hợp mạch từ bão... cho ta thấy công suất do động cơ tiêu thụ từ mạng điện là: P = m U I Cosϕ < 0 Irư E U jIdXd jIqXq U jIqXq jIdXd E Iq q I y q Iq I j j Id Hình 1.9: Khi thiếu kích thích Id Hình 1.10: Khi quá kích thích 2 Các đặc tính của máy phát đồng bộ Khi vận hành bình thường máy phát đồng bộ cung cấp cho tải đối xứng Chế độ này phụ thuộc vào hộ tiêu thụ điện năng nối với máy phát, công suất cung cấp cho tải không... của máy phát điện đồng bộ cực lồi khi bão hoà Đối với máy phát điện cực ẩn ta cũng có thể dựa trên phương trình điện áp ở trường hợp mạch từ không bão hoà 30 U EI = - j(Xư + Xδư) - rư (1 - 8) Lúc này xác định E0 bằng đồ thị Potier Fδ = F 0 + F ư 31 => F0 = F δ - F ư U jIXư E Ed q jIX dư U d j Irư I j+d F O kưFư O Ff Fd Hình 1.8: Đồ thị Potier máy phát đồng bộ cực ẩn y If b Trường hợp động cơ điện: ... thFo ị sđđ của máy phát đồng bộ cực ẩn 18 19 E Trên đồ thị thì: Từ thông chính Φ0(F0) vượt trước E một góc π/2 và Φư(Fư) chậm sau ư = j IXư một góc π/2 Phương trình cân bằng điện áp cho máy cực lồi 20 U EI = - j d Xưd - j q Xưq - j Xσư - rư (1 - 5) Vì trong máy cực lồi thành phần sức từ động được chia thành 2 thành phần dọc trục và ngang trục 21 EI ưd = -jdXưd 22 EI I ưq -jqXưq Và = thành phần... Đối với máy phát đồng bộ cực lồi việc thành lập đồ thị vectơ có xét đến trạng thái bão hoà mạch từ có gặp nhiều khó khăn Vì lúc đó từ thông Φd và Φq có liên quan với nhau và trạng thái bão hoà theo hai phương đó là khác nhau Như vậy Xưd không những phụ thuộc vào Φd mà còn phụ thuộc vào Φq, và Xưd cũng tương tự Để đơn giản, ta cho rằng từ thông dọc trục và ngang trục chỉ ảnh hưởng theo hướng trục và giả... không nhiều và có thể biểu thị theo đơn vị tương đối: E* = E Eđm i* = it itđm0 Trong đó itđmo là dòng điện không tải khi U = Uđm E* (1) (2) it* Hình 1.11: Đặc tính không tải của máy phát đồng bộ Đường 1: Với máy cực ẩn Đường 2: Với máy cực lồi b Đặc tính ngắn mạch: Đặc tính ngắn mạch là quan hệ giữa dòng ngắn mạch và dòng kích từ In = f(it) khi U = 0, Zt = 0, f = fđm Xét trường hợp bỏ qua điện trở dây... lồi Giả sử máy phát làm việc ở tải điện cảm có: 0 < ϕ < 900 Phương trình cân bằng điện áp cho máy cực ẩn 14 U EI = +ư - (rư + jXư) (1 - 3) 15 ư E : Sức điện động phần ứng được biểu thị theo điện kháng phần ứng: 16 ư EI = j Xư Vậy phương trình 1 - 3 trở thành: 17 E U II jIXư = - j(Xư + jXσư)- rư (1 - 4) jIXdư Ta biểu diễn phươngEtrình Ir đồ thị vectơ qd1 - 4 bằng U q j I Fd Fư q' Hình 1.5: Đồ thFo ... đồng phản kháng, động đồng từ trễ, động bước Kết cấu: Để thấy rõ đặc điểm kết cấu máy điện đồng bộ, ta xét trường hợp máy cực ẩn máy cực lồi sau: a Kết cấu máy đồng cực ẩn: Roto máy đồng cực ẩn... số như: Công suất, điện áp, dòng điện định mức phải kể đến thông số khác máy phát điện đồng là: điện trở, điện kháng cuộn dây, số quán tính điện Điện kháng đồng dọc trục ngang trục (Xd,Xq) Điện. .. CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 1.1 Nguyên lý làm việc máy điện đồng Máy điện đồng thiết bị điện quan trọng sử dụng rộng rãi công nghiệp Phạm vi sử dụng làm máy phát điện, nghĩa biến đổi thành điện Điện