thiết kế bộ điều khiển kích từ cho máy phát điện xoay chiều 20

Chương Tổng quan công nghệ thiết kế điều khiển kích từ cho máy phát điện 1 Tổng quan công nghệ thiết kế điều khiển kích từ cho máy phát điện xoay chiều Như ta biết để điều chỉnh điện áp phát máy phát người ta thường điều chỉnh dịng kích từ nhờ điều chỉnh tay tự động hệ thống kích từ Trong chế độ làm việc bình thường điều chỉnh dịng kích từ điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát thay đổi lượng công suất phản kháng phát vào lưới Bộ điều khiển kích từ làm việc nhằm giữ điện áp khơng thay đổi (với độ xác đó) phụ tải biến động Ngoài thiết bị tự động điều chỉnh kích từ cịn nhằm mục đích nâng cao giới hạn công suất truyền tải từ máy phát điện vào hệ thống, đảm bảo ổn định tĩnh, nâng cao ổn định động Trong thực tế người ta có hệ thống kích từ cách tự động phương pháp sau: + Hệ thống kích từ dùng máy phát điện chiều + Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều có vành góp + Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều khơng vành góp + Hệ thống kích từ xoay chiều dùng nguồn chỉnh lưu có điều khiển Yêu cầu công nghệ Để cung cấp cách tin cậy dịng chiều cho cuộn dây kích từ máy phát điện đồng bộ, cần phải có hệ thống kích từ thích hợp với cơng suất định mức đủ lớn Thơng thường địi hỏi cơng suất định mức hệ thống kích từ (0,2 – 0,6%) cơng suất định mức máy phát điện Dịng điện kích từ chạy cuộn dây rơto máy phát điện đồng dịng điện chiều cần có hệ thống nguồn cung cấp riêng Hệ thống kích từ, điều chỉnh dịng kích từ q trình làm việc thiết bị tự động điều chỉnh kích từ Đặc tính hệ thống kích từ cấu trúc thiết bị điều chỉnh kích từ có ý nghĩa định chất lượng điều chỉnh điện áp mà cịn đến tính ổn định hệ thống Phạm vi ứng dụng công nghệ 1) Hệ thống kích từ dùng máy phát điện chiều Ở máy phát điện công suất nhỏ hệ thống kích từ máy phát điện chiều Máy phát điện chiều làm nhiệm vụ kích thích (cịn gọi máy phát điện kích thích) kích thích độc lập song song cuộn dây kích thích chia làm nhiều cuộn dây làm việc 2) Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều tần số cao chỉnh lưu Đối với máy phát từ 100MW trở lên sử dụng hệ thống nguồn xoay chiều chỉnh lưu Trước hết phải kể đến hệ thống kích từ dùng máy phát điện tần số cao chỉnh lưu 3) Hệ thống kích từ dùng máy phát kích từ xoay chiều không vành trượt: Một phương pháp sử dụng rộng rãi phương pháp dùng máy phát điện xoay chiều không vành trượt (hệ thống kích từ khơng vành trượt) Trong hệ thống kích từ người ta dùng máy phát điện xoay chiều pha quay trục với máy phát điện làm nguồn cung cấp Máy phát xoay chiều kích từ có kết cấu đặc biệt 4) Hệ thống kích từ xoay chiều dùng nguồn chỉnh lưu có điều khiển Hệ thống cho phép tạo số có quán tính nhỏ 0,02 – 0,04s nhờ khả điều chỉnh trực tiếp dịng kích từ (chạy qua Thyristor) vào cuộn dây roto máy phát điện đồng Hiện nhà máy phát điện chủ yếu sử dụng loại hệ thống kích từ Hằng số quán tính nhỏ điều kiện quan trọng cho phép nâng cao chất lượng điều chỉnh điện áp tính ổn định Sinh viên thực : Nguyễn Đức Hồng Chương Tính chọn van cơng suất Giới thiệu mạch công suất Trước đảo chiều người ta thường sử dụng hai công tắc tơ để đảo chiều dòng điện Nhược điểm việc sử dụng công tắc tơ để đảo chiều thời gian chuyển mạch chậm Muốn thời gian đảo chiều nhanh người ta thiết kế chỉnh lưu có đảo chiều Sau mạch công suất chỉnh lưu có đảo chiều 1 Chỉnh lưu cầu pha điều khiển đối xứng a Nguyên lý hoạt động Mỗi Tiristor phát xung điều khiển: - Xung thứ xác định góc mở - Xung thứ đảm bảo thông mạch tải b Một số công thức -Điện áp tải: Ud= U d0cosα = 2,34U 2cosα -Dòng điện tải: I d = -Dòng điện trung bình qua van: I T = -Điện áp ngượcđặt lên van: U ng =2,45U -Dịng điện phía thứ cấp: I = 0,816I d -Dịng điện phía sơ cấp: I = 0,816I d K ba -Công suất máy biến áp: S ba = 1,05P d -Công suất tải: P d =U I o Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha điều khiển đối xứng -Nhận xét:Chỉnh lưu pha sơ đồ cầu loại sử dụng rộng rãi thực tế có nhiều ưu điểm Nó cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha, độ đập mạch nhỏ 5% Nếu có sử dụng máy biến áp gây méo lưới điện cácloại Đồng thời, cơng suất mạch chỉnh lưu lớn đến hàng trăm kW Nhược điểm mạch sụt áp van gấp đôi sụt áp van mạch sơ đồ hình tia 2 Chỉnh lưu cầu pha điều khiển không đối xứng Một số công thức bản: -Điện áp tải: U d = (1+ ) -Dòng điện tải: I d = -Dịng điện trung bình qua van: I T = -Điện áp ngượcđặt lên van: U ng =2,45U -Công suất máy biến áp: S ba = 1,05P d -Công suất tải: P d =U I o Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha điều khiển không đối xứng Nhận xét :Tuy điện áp chỉnh lưu chứa nhiều sóng hài chỉnh lưu cầu pha khơng đối xứng có q trình điều chỉnh đơn giản ,kích thước gọn nhẹ 2 Phân tích ưu nhược điểm mạch công suất So sánh phương án điều khiển ta thấy: - Đỉnh âm máy điện áp chỉnh lưu bị cắt đỡ nhấp nhô - Không thể làm việc chế độ nghịch lưu - Hiệu suất biến đổi cao Sau phân tích đánh giá chỉnh lưu, từ ưu nhược điểm sơ đồ chỉnh lưu, sơ đồ chỉnh lưu cầu pha điều khiển đối xứng hợp lý Bởi lẽ công suất để tránh đối xứng biến áp, nên sơ đồ thiết kế chọn sơ đồ cầu pha có điều khiển đối xứng hình vẽ sau: Tính chọn van cơng suất Khi tính tốn van động lực ta cần dựa vào yếu tố ban sau: dòng tải, sơ đồ chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc - Điện áp ngược van U lv =k nv U Với U =U d /k u thay số vào ta được: u d lvlv K U kU = Với: U d =20 V k nv = 2,45 k u = 2,34 Thay số vào ta được: VU lv 94,20 34,2 20 45,2 == U nv =k dtU U lv = 1,6 x 20,94 = 33,504 (V) - Dòng điện van Dòng điện làm việc van chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van I d = 30 (A) Dòng điện hiệu dụng van: I lv =I hd =k hd I d = 0,58 x 30 = 17,4 (A) Với thông số làm việc van trên, chọn điều kiện làm việc van có cánh tản nhiệt với đầy đủ diện tích tỏa nhiệt, khơng quạt đối lưu khơng khí Vậy thơng số van động lực là: U nv = 33,504 (V) I dlv =k i xI lv = x 17,4 = 69,6 (A) Tra bảng thộng số van, ta chọn van 2N4441: Dòng điện định mức van I dmv = 12 A Điện áp ngược cực đại van U nv = 120 V Điện sụt áp van ∆U = 3,0 V Dòng điện rò I r = mA Điện áp điều khiển U dk = 2,5 V Dòng điện điều khiển I dk = 0,06 A Thời gian chuyển mạch t cm = 15 µs Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu Chọn máy biến áp pha trụ sơ đồ đấu dây ∆/Y làm mát khơng khí tự nhiên Tính thơng số bản: Tính cơng suất biểu kiến máy biến áp S = 48 x 3,5 = 168 VA Điện áp sơ cấp máy biến áp U l = 380(V) Điện áp thứ cấp máy biến áp Phương trình cân điện áp có tải: U Cosα =U d + ∆U v + ∆U dn + ∆U ba Trong đó: α = 10 góc dự trữ có giảm điện lưới ∆U v = 2,0 V sụt áp Thyristor ∆U dn ≈ sụt áp đường dây nối ∆U ba = ∆U r + ∆U x sụt áp điện trở điện kháng máy biến áp Chọn sơ bộ: ∆U ba = 6% U d = 6% 48 = 9,6 V Với phương trình cân điện áp có tải ta có: V UUUU U badnvd 15,36 10cos 6,900,3 220 cos 222 = +++ = +∆+∆+ = α Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: V k U U u d f 45,15 34,2 15,36 === Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp AII d 49,2430 3 2 === Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp AI U U IKI ba 94,949,244 380 45,15 2 21 ==== Tiết diện sơ trụ fm S kQ ba QFe = Trong đó: k Q : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy k Q =6 m: Số trụ máy biến áp f: Tần số xoay chiều, f = 50 Hz Thay số ta được: 46,3 50 50 cmQ Fe == Đường kính trụ cm Q d Fe 09,2 46,3 4 === ππ Chuẩn hóa đường kính theo tiêu chuẩn d = 3cm Chọn loại thép 330 ∃ thép có độ dày 0,5mm Chọn mật độ từ cảm trụ B t = 1T Chọn tỷ số 3,2 == d h m , suy h = 2,3 d = 2,3 = 6,9 cm Ta chọn chiều cao trụ cm Tính tốn dây quấn 10 Số vịng dây pha sơ cấp máy biến áp 14,4947 0,1 10 46,3 50 44,4 380 44,4 W 1 === − TFe BQf U vòng Lấy tròn W = 4947 vòng 11 Số vòng dây pha thứ cấp máy biến áp 31,3594947 380 60,27 1 2 === W U U W vòng Lấy tròn W = 359 vòng 12 Chọn sơ mật độ dòng điện máy biến áp Với dây dẫn đồng, máy biến áp khô, chọn J .. .máy phát điện xoay chiều pha quay trục với máy phát điện làm nguồn cung cấp Máy phát xoay chiều kích từ có kết cấu đặc biệt 4) Hệ thống kích từ xoay chiều dùng nguồn chỉnh lưu có điều khiển. .. 2N4441: Dòng điện định mức van I dmv = 12 A Điện áp ngược cực đại van U nv = 120 V Điện sụt áp van ∆U = 3,0 V Dòng điện rò I r = mA Điện áp điều khiển U dk = 2,5 V Dòng điện điều khiển I dk =... 200 àF Theo ti liu: R = 470Ω; C = 10µF Chọn giá trị điện trở R = 1,4(KΩ) Chương Thiết kế mạch điều khiển Giới thiệu vác khâu điều khiển cần thiết Để mạch động lực hoạt động cần có mạch điều khiển