Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng vấn đề quan trọng xã hội ta Ở quốc gia nào, lượng nói chung lượng điện nói riêng ln ln coi nghành cơng nghiệp mang tính chất xương sống cho phát kinh tế Việc sản xuất sử dụng điện cách hiệu coi trọng cách đặc biệt Ý nghĩa quan trọng mục tiêu cao nghành công nghiệp then chốt nhằm nâng cao đời sống người dân Xã hội không nghừng phát triển, sinh hoạt nhân dân không ngừng nâng cao nên cần phải phát triển nhiều loại máy điện Tốc độ phát triển sản xuất công nông nghiệp nước đòi hỏi phát triển tương ứng nghành cơng nghiệp điện lực Do u cầu nghành chế tạo máy điện có yêu cầu cao Máy phát điện đồng đóng vai trị quan trọng hệ thống điện, nơi mà tính ổn định ln địi hỏi cao Ổn định điện áp đầu cực máy phát nhờ vào ổn định điện áp máy phát Bộ điều khiển ổn định điện áp máy phát điều khiển dòng áp kích từ vào máy phát có lịch sử phát triển Vào năm 1920, người nhận thấy vai trò quan trọng việc ổn định q trình q độ hệ thống thơng qua điều khiển đáp ứng nhanh, thiết kế cho hệ thống kích từ hệ thống điều khiển điện áp phát triển cải tiến công nghệ không nghừng Cùng với phát triển công nghệ kích từ có vành trượt đến khơng vành trượt, từ thao tác tay đến tự động hóa hồn toàn phát triển thiết bị điện tử công suất Thyristor, loại Tranzitor, Triac…Bên cạnh hình thành ổn định điện áp Với yêu cầu đồ án “ Thiết kế máy phát điện ba pha công suất 12kVA hệ thống ổn định điện áp cho máy phát ” với số liệu U = 400V, f = 50Hz, n = 1500vg/ph, Cosϕ = 0,8 Với công suất 12kVA lớn phù hợp làm nguồn dự phòng cho hộ dân cần sử dụng điện cách liên tục để sản xuất kinh doanh, sử dụng cho khu chung cư nhỏ, siêu thị nhỏ … Những máy phát cấp công suất phục vụ cho nhu cầu điện cách riêng lẻ mà không thực đóng vai trị ổn định hệ thống điện lớn Nhưng em cho việc thiết kế máy điện nhỏ mang tính thiết thực quan trọng Nó khơng đơn cho mục đích sử dụng nhỏ mà cịn phục vụ cho cơng tác nghiên cứu máy điện cỡ lớn tương lai Nội dung đồ án thiết kế bao gồm ba phần, mười chương : Phần I : Giới thiệu máy phát điện xoay chiều Phần II : Thiết kế điện từ thiết kế kết cấu máy phát điện ¾ Chương I : Tính tốn xác định kích thước máy điện ¾ Chương II : Tính tốn dây quấn, rãnh stator khe hở khơng khí ¾ Chương III : Tính tốn cực từ Rơtor ¾ Chương IV : Tính tốn mạch từ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát ¾ Chương V : Tính tốn tham số máy phát điện chế độ định mức ¾ Chương VI : Tính tốn dây quấn thơng số mạchï kích từ ¾ Chương VII : Tính trọng lượng vật liệu, tính tổn hao, tính tốn nhiệt ¾ Chương VIII : Tính tốn kết cấu Phần III : Thiết kế sơ đồ tính tốn mạch ổn định điên áp máy phát ¾ Chương I : Khái qt hệ kích từ máy điện đồng ¾ Chương II : Tính chọn thiết bị mạch động lực ¾ Chương III : Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ổn định điện áp Qua thời gian làm đồ án, giúp đỡ thầy cô giáo môn, đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy Bùi Đức Hùng, với nỗ lực thân em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Song thời gian có hạn vốn kiến thức em chưa rộng nên q trình tính tốn thiết kế khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì em mong nhận bảo quí thầy để Đồ án tốt nghiệp em hồn thiện Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Bùi Đức Hùng tất quí thầy giúp em hồn thành Đồ án tốt nghiệp PHẦN I GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU Máy điện đồng sử dụng rộng rãi cơng nghiệp Phạm vi sử dụng biến đổi thành điện năng, nghĩa làm máy phát điện Điện ba pha chủ yếu dùng kinh tế quốc dân đời sống sinh hoạt sản xuất từ máy phát điện quay tuabin khí nước Ngồi máy phát điện kéo động khác động Điêzel, động xy lanh nước, động chạy nhiên liệu Hyđro…được chế tạo với công suất vừa nhỏ nhằm dùng cho tải địa phương, dùng làm máy phát dự phịng Ngồi động đồng công suất nhỏ( đặc biệt động đồng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát kích từ nam châm vĩnh cửu ) dùng rộng rãi trang bị tự động điều khiển I ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG I.1 Định nghĩa Những máy phát điện xoay chiều có tốc độ quay Rơtor n tốc độ quay từ trường n1 gọi máy điện đồng bộ, có tốc độ quay Rơtor ln khơng đổi tải thay đổi I.2 Công dụng Máy phát điện đồng nguồn điện quan trọng lưới điện cơng nghiệp Trong động sơ cấp tuabin nước tuabin nước Cơng suất đơn máy đạt đến 1200MW máy phát tuabin đến 560MW máy phát tuabin nước Các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện kéo động Điêzel tuabin khí, chúng làm việc riêng lẻ hai ba máy làm việc song song với Các máy phát điện đồng hầu hết đặt trạm phát điện xoay chiều, chúng sử dụng rộng rãi lĩnh vực : sống, công nghiệp, giao thông vận tải, nguồn điện dự phòng, điện phương tiện di động… II ĐẶC ĐIỂM VÀ CẤU TẠO II Đặc điểm Máy phát điện đồng thường kéo tuabin tuabin nước, chúng gọi máy phát tuabin máy phát tuabin nước Đối với máy phát điện tuabin hơi, đặc trưng tốc độ cao tới vài nghìn vịng/phút nên máy phát điện thường có kết cấu Rơtor cực ẩn với đường kính nhỏ để giảm thiểu lực ly tâm Và ngược lại, máy phát điện tuabin nước, tốc độ thấp nên thường có Rơtor cực lồi, đường kính lên tới 1,5m tùy theo cơng suất máy Máy phát điện ba pha thường gặp máy phát điện mà dòng điện chiều đưa vào cuộn dây kích từ thơng qua hệ thống vành trượt Cực từ máy phát điện ba pha kích thích dịng điện chiều đặt phần quay, dây quấn phần ứng với ba pha đặt phần tĩnh nối tải Cũng đặt cực từ phần tĩnh dây quấn phần ứng phần quay giống máy điện chiều, máy điện đồng công suất nhỏ, trao đổi vị trí khơng làm thay đổi nguyên lý làm việc máy Nguyên lý làm việc máy điện nói chung máy phát điện đồng nói riêng dựa định luật cảm ứng điện từ Nguyên lý làm việc sau : Stator máy phát điện đồng đồng có dây quấn ba pha đặt cách góc 1200 khơng gian, gọi phần ứng, cảm ứng sức LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát điện động cung cấp tải ( hình 1.1 ) Cịn Rôtor máy phát điện, với cấu tạo dây quấn cực từ ( cực lồi với máy phát có tuabin tốc độ thấp máy phát tuabin nước, máy phát công suất nhỏ cực ẩn với tuabin có tốc độ cao máy phát Điêzel, tuabin khí ) làm nhiệm vụ tạo từ trường phần cảm Khi Rôtor quay với tốc độ n từ trường cực từ quét cảm ứng lên dây quấn phần ứng sức điện động xoay chiều hình sin lệch pha 1200 theo chu kỳ thời gian, có trị số hiệu dụng : Trong : Với tần số : EO=4,44.f.Wl.Kdq.Φ0 E0 sức điện động pha f tần số máy phát Kdq hệ số dây quấn f = p.n 60 W1 số vịng dây pha Φ0 từ thơng cực từ Rôtor (1.1) Với p số đôi cực máy Khi máy phát điện đồng làm việc khép kín mạch với tải, có dịng điện ba pha chạy ba dây quấn lệâch góc 1200 thời gian tạo từ trường quay với tốc độ n1 : n1 = 60 f p (1.2) So sánh (1.1) (1.2) ta thấy n = n1 , có nghiã tốc độ quay Rơtor tơc độ từ trường quay Vì ta có máy phát điện đồng II.2 Cấu tạo II.2.1 Máy cực ẩn Rôtor làm thép hợp kim chất lượng cao, rèn thành khối hình trụ, người ta gia công phay để tạo rãnh đặt dây quấn kích từ Phần khơng phay rãnh hình thành mặt cực từ Các máy phát điện đồng ba pha cực ẩn thường chế tạo với số cực 2p = , tốc độ quay Rôtor 3000 vòng/phút Để hạn chế lực ly LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát tâm phạm vi an toàn thép hợp kim chế tạo thành lõi thép Rơtor, đường kính D Rơtor khơng 1,1 đến 1,5mét Tăng công suất máy cách tăng chiều dài l lõi thép Chiều dài tối đa Rơtor vào khoảng 6,5mét Dây quấn kích từ đặt cực từ Rôtor chế tạo từ dây đồng trần, tiết diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành bối dây Các vòng dây lớp dây cách điện với lớp mica mỏng Dây quấn kích từ nằm rãnh cố định ép chặt nêm phi từ tính đưa vào miệng rãnh Phần đầu nối đai chặt ống trụ thép phi từ tính nhằm bảo vệ chống lại lực điện động dòng điện gây Hai đầu dây quấn kích từ luồn trục nối với hai vành trượt đặt đầu trục thông qua hai chổi điện, nối với dịng kích từ chiều Dịng điện kích từ chiều thường cung cấp máy phát chiều, xoay chiều chỉnh lưu ( có khơng có vành trượt ), nối chung trục với máy phát điện Stator máy phát điện đồng ba pha cực ẩn bao gồm lõi thép, có đặt dây quấn ba pha, ngồi thân vỏ máy Lõi thép Stator ghép ép tơn silic có phủ cách điện Các đường thơng gió làm mát cho máy chế tạo cố định thân máy để đảm bảo độ bền cách điện dây quấn máy II.2.2 Máy cực lồi Các máy phát điện có tốc độ quay thấp thường chế tạo dạng cực lồi, nên khác với máy cực ẩn, đường kính D Rơtor lên đến 15met chiều dài lại nhỏ với tỷ lệ l/D = 0,15 – 0,2 Rôtor máy phát điện đồng cực lồi công suất nhỏ trung bình có lõi thép chế tạo thép đúc gia cơng thành khối hình trụ mặt có đặt cực từ Ở máy lớn, lõi thép chế tạo từ thép dày từ 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 Rôtor, giá lồng vào trục máy LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình 1.2 Cực từ máy phát đồng cực lồi Cực từ đặt lõi thép Rôtor ghép thép dày – 1,5mm chế tạo có hình T bulông bắt xuyên qua mặt cực vít chặt vào lõi thép Rơtor Dây quấn kích từ chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành cuộn dây Cách điện vòng dây lớp mica amiăng Sau hồn thiện gia cơng, cuộn dây lồng vào thân cực từ Dây quấn cản máy phát điện đồng đặt đầu cực có cấu tạo dây quấn kiểu lồng sóc máy điện khơng đồng bộ, nghĩa làm đồng đặt vào rãnh đầu cực hai dầu nối với hai vành ngắn mạch Stator máy phát điện đồng cực lồi giống máy phát điện đồng cực ẩn Để đảm bảo vận hành ổn định, yêu cầu chặt chẽ kết cấu điện kết cấu học hệ thống làm mát thiết kế chế tạo phù hợp tương thích với loại máy phát điện, đáp ứng môi trường chế độ làm việc Máy phát điện đồng làm mát gió cơng suất nhỏ, có khoang thơng gió làm mát thiết kế chế tạo nằm vỏ máy lõi thép Stator Đầu trục máy gắn cánh quạt gió để quay khơng khí thổi qua khoang thơng gió Bên vỏ máy chế tạo với sống gân cánh toả nhiệt nhằm làm tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cho máy Phổ biến máy phát điện đồng làm mát nước khí áp dụng cho máy có cơng suất từ vài chục kW trở lên Trong trường hợp máy phát điện có cơng suất nhỏ cần di động thường dùng Điêzel làm động sơ cấp gọi máy phát điện Điêzel Máy phát điện Điêzel thường có cấu tạo cực lồi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Đặc điểm khác biệt máy điện công suất nhỏ máy điện công suất lớn ngồi kích thước chúng khác chúng khác hiệu suất làm việc, giá thành máy giá điện sản xuất ra, thời gian làm việc nó… Máy phát điện cơng suất nhỏ có cấu tạo gọn nhẹ, thuận lợi để làm máy phát dự phòng điện lưới, máy phát điện Điêzel linh động vận chuyển nơi khác để phục vụ cần thiết Tuy nhiên máy điện công suất nhỏ giá thành không rẻ trái vơí máy có cơng suất đơn lớn giá thành đơn vị cơng suất hạ nên chưa đươc sử dụng phổ biến mà sử dụng nơi cần thiết bệnh viện, truyền hình, qn thơng tin liên lạc…Ngồi cịn sử dụng số hộ dân cần điện để phục vụ sản xuất kinh doanh liên tục thiếu điện lưới Hiệu suất làm việc máy điện công suất nhỏ thấp máy công suất lớn III CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ Để làm thí nghiệm lấy đặc tính máy phát điện đồng cần phải có sơ đồ nối dây máy phát điện Tải máy phát tổng trở Z thay đổi Dịng điện kích thích It máy điện lấy từ nguồn điện bên điều chỉnh nhờ vào biến trở rt Khi vận hành thường máy phát điện cung cấp cho tải đối xứng Chế độ phụ thuộc vào hộ tiêu thụ điện nối với máy phát điện, công suất cấp cho tải không vượt định mức mà định mức thấp định mức chút Mặt khác đại lượng thông qua đaị lượng khác dịng điện, điện áp, dịng kích từ, hệ số Cosϕ, tần số f, tốc độ quay n Để phân tích đặc tính máy phát điện đồng ta dựa vào ba đại lượng chủ yếu U, I, it thành lập đặc tính sau : Đặc tính khơng tải E = Uo = f(it) I = f = fđm Đặc tính ngắn mạch In = f(it) U = ; f = fđm Đặc tính ngồi U = f(It) it = const ; cosϕ = const ; f = fđm Đặc tính điều chỉnh It = f(I) U = const ; cosϕ = const ; f = fđm Đặc tính tải U = f(it) I = const ; cosϕ = const ; f = fđm • MFĐ A VRt V • W V A Z A • V • Z • W A Z Hình 1-7: Sơ đồ đấu dây xác định đặc tính máy phát điện đồng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát III.1 Đặc tính khơng tải E = U0 = f(it) Khi I= f= fđm Đặc tính khơng tải quan hệ sức điện động E cảm ứng cuộn dây Stator với dịng điện kích từ dịng điện tải không Trong hệ đơn vị tương đối máy phát điện đồng cực ẩn máy phát điện đồng cực lồi khác khơng nhiều, đặc tính không tải hiển thị đơn vị tương đối giống hình 1.3 E∗ it∗ Hình 1.3 Đặc tính khơng tải máy phát điện Trong đơn vị tương đối : E* = E Edm it* = it itdmo Với itđmo dịng điện khơng tải U = Uđm III.2 Đặc tính ngắn mạch tỷ số ngắn mạch In = f(It) U= f = fđm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát E χδ u jx−dI jIxd I E χud jx−σI I Hình 1.4 Đồ thị véc tơ mạch điện thay máy phát điện lúc ngắn mạch Đặc tính ngắn mạch quan hệ dịng điện tải ngắn mạch dịng điện kích thích điện áp khơng , tần số tần số định mức ( dây quấn phần ứng nối tắt đầu máy) Nếu bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng( rư = ) mạch điện dây quấn phần ứng lúc ngắn mạch cảm ( ψ = 90o ) Iq = cosψ = Id = I.sinψ = Và đồâ thị véc tơ máy phát điện lúc hình 1.4 Cũng từ biểu thức cân sức điện động : giả thiết ta có Euđ = +j.I.xd mạch điện thay máy có dạng hình 1.4 Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng khử từ, mạch từ máy không bão hồ, từ thơng khe hở Φδ cần thiết để sinh Eδ = E – I.xưd = i.xσư nhỏ Do quan hệ I = f(it) đường thẳng hình 1.5 U = E − j I d xd − j I q xq − I ru I I = f(It) It Hình 1.5 - Đặc mạch Tỷ số ngắn mạch K tỷ số dịng điện tính ngắnngắn mạch Ino ứng với dịng điện kích thích sinh sức điện động E = Uđm khơng tải với dịng điện định mức Iđm, nghĩa K= I no I dm Ino = U dm xd LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát U UAT 2π π Urc t1 t 3π Uđk t3 t2 t4 UB t t UD ib t t Xđk t Rd TC TB AB C Ld DC DB DA TA A B C AP MFĐ Ud Hình III.18 Giản đồ đường cong dòng điện, điện áp điện áp tải t 94 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.19 Sơ đồ mạch điều chỉnh kích từ tổng qt III.5 Tính chọn thơng số mạch điều khiển Việc tính tốn mạch điều khiển thường tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên Mạch điều khiển tính xuất phát từ yêu cầu mở xung Thyristor Các thông số để tính mạch điều khiển : +Điện áp điều khiển Thyristor : Ug = Uđk = 2,5(V) +Dòng điện điều khiển Thyristor : Ig = Iđk = 0,05(A) 95 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát III.5.1 Tính chọn biến áp xung Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM Lõi có dạng hình xuyến, làm việc phần đặc tính từ hóa có mật độ từ cảm bé, khơng có khe hở khơng khí +Tỷ số biến áp xung : thường máy biến áp m = ÷ Chọn m = +Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung : U2 = Uđk = 2,5(V) + Điện áp cuộn sơ cấp máy biến áp xung : U1 = m.U2 = 3.2,5 = 7,5(V) +Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung : I2 = Iđk = 0,05(A) +Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung : I1 = I2/m = 0,05/3 = 0,017(A) III.5.2 Tính tầng khuếch đại cuối Chọn Tranzitor công suất Tr2 loại 2SC9111 làm việc chế độ xung có thơng số : +Tranzitor loại npn, vật liệu bán dẫn Si +Điện áp Colecto Bazơ hở mạch : UCBO = 40V +Điện áp Emitơ Bazơ hở mạch : UEBO = 4V +Dòng điện lớn Colectơ chịu đựng : ICmax = 500mA +Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : Tmax = 1750C +Hệ số khuếch đại : β = 50 +Dòng làm việc Colectơ : IC2 = I1 = 0,05.1000 = 50mA +Dòng làm việc Bazơ : IB2 = IC2/β = 50/50 = 1mA Ta thấy với loại Thyristor chọn có cơng suất điều khiển bé Uđk = 2,5V Iđk = 0,05A nên dòng Colectơ - Bazơ Tr2 bé Chọn nguồn cấp cho biến áp xung : E = UN = +12V Ta phải mắc thêm điện trở R7 nối tiếp với cực Emitơ Tr2 ( E − U1 ) 12 − 7,5 = = 265 (Ω) R7 = 0, 017 I1 Tất Diod mạch điều khiển dùng loại 1N4009 có tham số : +Dịng điện định mức : Iđm = 1,0A +Điện áp ngược lớn : UNmax = 25V +Điện áp Diod mở thông : Um = 1V Chọn tụ C2 R6 Điện trở R6 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazơ Tr2, chọn R6 thỏa mãn điều kiện : 96 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP R6 ≥ Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát U 12 = = 12 ( K Ω ) I B 0, 001 Tụ C2 chọn phụ thuộc vào độ rộng xung điều khiển Nó tính : tx = (μ F ) C C R = t x từ tính R6 III.5.3 Chọn tầng so sánh Mỗi kênh điều khiển phải dùng hai khuếch đại thuật toán, ta chọn loại TL084 hãng TexasInstrument chế tạo Mỗi IC có khuếch đại thuật tốn Thơng số TL084 : +Vcc 14 13 12 11 10 Hình III.20 Sơ đồ chân IC TL084 - Vcc điện áp nguồn nuôi mạch điều +Điện áp nguồn nuôi : Vcc = ±18V Chọn khiển : UN = E = ±12V +Hiệu điện hai đầu vào : ±30V +Nhiệt độ làm việc : Tlv = -25 ÷ 850C +Cơng suất tiêu thụ : P = 680(mW) = 0,68W +Tổng trở đầu vào : Rin = 106MΩ +Dòng điện đầu : Ira = 30pA +Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : dU = 13 (V / μ s ) dt Dòng điện vào tốt nên chọn nhỏ 3mA Vì tín hiệu tầng so sánh đưa sang tối đa 3mA sau khuếch đại đủ cơng suất Tranzitor mở bão hịa Ở chọn dòng vào IV = 1mA Khuếch đại thuật toán chọn TL084 UV 12 = > = = 12 ( K Ω) R R Chọn IV 1.10−3 97 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Trong với nguồn ni Vcc = ±12V điện áp vào A1 UV ≈ 12V Dòng điện vào hạn chế để Ilv < 1mA Do ta chọn R3 = R4 = 15KΩ Khi UV 12 = = 0,8 (mA) dòng vào A1 cực đại : IVmax = R 15.103 UV 12 = = 12 ( K Ω ) Tương tự nên ta chọn Chọn R5 = Rht = IV 1.10 −3 R5 = Rht = 15KΩ III.5.4 Tính chọn khâu đồng pha Điện áp tụ hình thành nạp tụ C Mặt khác để đảm bảo điện áp tụ có nửa chu kỳ điện áp lưới tuyến tính số thời gian tụ nạp Tr = R2.C = 0,005s Chọn tụ C = 0,1μF điện trở R2 = Tr/C = 0,005/0,1.10-6 = 50.103Ω Vậy R2 = 50KΩ Điện áp bão hịa khuếch đại thuật tốn : Ubh = ±E ± = ± 11V Chọn ghép quang DQ - TQ loại 4N35 có thơng số sau : Điện cách điện : 3350V Điện : Vcc = 30V Dòng điện qua Diod quang lớn : Imax = 10mA Chọn dòng làm việc chạy qua Diod quang : IDQ = 3mA Vậy R1 = UV/IDQ = 30,15/3.10-3 = 10,05KΩ III.5.5 Tạo nguồn ni Tính chọn máy biến áp tạo nguồn nuôi, chọn kiểu máy biến áp ba pha ba trụ, trụ có bốn cuộn dây gồm cuộn sơ cấp ba cuộn thứ cấp *Cuộn cấp thứ Tạo nguồn điện áp ±12V (có ổn áp) để cấp cho ni IC , điều chỉnh dòng điện, tốc độ, điện áp Nguồn cấp cuộn dây thứ cấp a1,b1, c1 Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng Diod , điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi : U2 = 12/2,34 = 5,13V, ta chọn U2 = 9V Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 7912 Thông số chung vi mạch : +Điện áp đầu vào : UV = ÷ 35V +Điện áp đầu : Ura = 12V với IC 7812 Ura = - 12V với IC 7912 +Dòng điện đầu : Ira = ÷ 1A Tụ C4, C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn : C4 = C5 = C6 = C7 = 470μF *Cuộn cấp thứ hai 98 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát a2, b2, c2 tạo nguồn nuôi cho biến áp xung, cấp xung điều khiển cho Thyristor (+12V) Do mức độ sụt xung cho phép tương đối lớn nguồn không cần ổn áp Cần chế tạo cuộn dây riêng rẽ cới cuộn dây cấp nguồn cho IC để tránh gây sụt áp nguồn nuôi *Cuộn cấp thứ ba a3, b3, c3 cuộn dây cấp điện cho chỉnh lưu cầu ba pha để lấy tín hiệu âm điện áp cung cấp cho khâu phản hồi điện áp Đối với nguồn cấp cho khâu đồng pha ta sử dụng trực tiếp điện áp thứ cấp biến áp chỉnh lưu đưa vào khâu đồng pha C4 7812 +12V C6 a1 b1 c1 O A 400V∼ C5 B RV1 C7 7912 -12V C a2 b2 c2 C' 99 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.21 Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn nuôi mạch điều khiển III.6 Tính chọn khâu phản hồi III.6.1 Sơ đồ khâu phản hồi dòng B A DZ2 C RV3 Uph.I Ri Ri Ri III.22 Khâu phản hồi dịng R8 • Uđặt RV1 R11 • R9 100 LUAN VAN CHAT LUONG download : −add luanvanchat@agmail.com • ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.22 Sơ đồ mạch cộng đảo Khâu đồng pha tạo điện áp cưa Urc nút A U'A Tín hiệu khâu pha với tín hiệu vào Điện áp cưa gởi qua khâu so sánh A2 Tại A2 thực phép so sánh điện áp cưa Urc điện áp điều khiển Uđk Nguyên lý ổn định điện áp sơ đồ mô tả sau : Điện áp điều khiển Uđk lấy từ mạch cộng đảo A3 ba tín hiệu Uđặt, Uph.U Uph.I Hệ thống ổn định điện áp đầu cực máy phát xoay chiều không máy phụ Đại lượng cần điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát xoay chiều Umf vàø dòng điện Imf Giá trị chủ đạo Uđk phát từ biến trở RV1, giá trị Uđặt có nguồn cung cấp +E lấy từ nguồn +12V vi mạch ổn áp 7812 qua điện trở R8 Xác định giá tri tín hiệu điều khiển : U dk = − K (U dat − U ph.U + U ph I ) Trong : K : Hệ số điện trở Uđặt : Điện áp lấy từ chiết áp RV1 qua R8 Uph.U : Điện áp phản hồi tỷ lệ với điện áp máy phát lấy từ chiết áp RV2 qua R9 Uph.I : Điện áp phản hồi dòng lấy từ chiết áp RV3 qua điện trở R10 Khi phụ tải máy phát giảm điện áp cuỉa máy phát Umf tăng lên Lúc nhiệm vụ mạch ổn định điện áp phải giảm dịng kích từ (Ikt) tức giảm Ukt giảm Uđk để điện áp máy phát giảm mức ổn định cho phép Với sơ đồ mạch điều khiển thiết kế có phản hồi âm điện áp, dương dịng điện Umf tăng dẫn đến Uph.U tăng Uph.I giảm (có ngắt nên Uph.I = 0) ta có : Uđk = -K(Uđặt - Uph.U) Mà Uph.U tăng nên dẫn đến Uđk giảm kéo theo Ukt giảm Umf giảm mức ổn định 101 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Ngược lại, phụ tải máy phát tăng lên làm cho Umf giảm Imf tăng mạch điều khiển cần phải tự động tăng Uđk để tăng Ukt dẫn đến tăng Umf đến mức ổn định điện áp Như nguyên lý ổn áp điện áp máy phát giảm (Umf giảm ) dẫn đến Uph.U giảm , đồng thời Uph.I tăng ( có phản hồi dịng) Cho ta Uđk tăng làm cho điện áp máy phát tăng đến điện áp ổn định Ta có sơ đồ khối mạch ổn định điện áp sau : Uđặt Điều khiển UĐK Cuộn KT Ukt MFĐ Umf ph.i ph.u Hình III.23 Sơ đồ khối hệ thống ổn định điện áp máy phát III.6.2 Tính chọn khâu phản hồi dịng phản hồi áp Ta có : U dk = −( R8 R R U dat − U ph.U + 10 U ph I ) R11 R11 R11 Khi điện áp đầu cực máy phát Umf có giá trị nằm khoảng 0,95.Ufđm