do an tot nghiep thiet ke may dien 3 pha va he thong on dinh dien ap cho may phat 8511

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát PHẦN I GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU Máy điện đồng sử dụng rộng rãi công 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 cịn 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 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 Rôtor n tốc độ quay từ trường n1 gọi máy điện đồng bộ, có tốc độ quay Rôtor không đổi tải thay đổi I.2 Công dụng Máy phát điện đồng nguồn điện quan trọng lưới điện công nghiệp Trong động sơ cấp tuabin nước tuabin nước Công 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 thơng vận tải, nguồn điện dự phịng, 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát 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 công 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 cơng 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 điện động cung cấp tải ( hình 1.1 ) Cịn Rơtor 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 A N C B Khi Rôtor quay với tốc độ n từ trường cực từ quét cảm ứng lên dây quấn phần ứng sứcHình điện 1.1 động xoay hình sin lệch pha cấu tạochiều Stator 120 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 Rơtor (1.1) Với p số đôi cực máy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát 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 Rôtor tôc 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 cơng 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 tâm phạm vi an toàn thép hợp kim chế tạo thành lõi thép Rơtor, đường kính D Rơtor khơng q 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 ngồi đai chặt ống trụ thép phi từ tính nhằm bảo vệ chống lại lực điện động dịng 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát 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 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 ngồi 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 1998 [3] Máy điện II - Vũ Gia Hanh - Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ Nguyễn Văn Sáu Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2001 [4] Máy điện II - Trần Khánh Hà Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 1997 [5] Công nghệ chế tạo máy điện máy biến áp - Nguyễn Đức Sỹ Nhà xuất giáo dục 1995 [6] Điện tử công suất - Lê Văn Doanh - Nguyễn Thế Công Trần Văn Thịnh Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2004 [7] Tính tốn thiết kế thiết bị điện tử cơng suất - Trần Văn Thịnh - 2004 [8] Khí cụ điện - Phạm Văn Chới - Bùi Tín Hữu - Nguyễn Tiến Tôn Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2004 [9] 1000 Tranzitor quốc tế - Nguyễn Thế Cường Viện khoa học Việt Nam _Hà Nội 1987 [10] Thiết kế cấp điện - Ngô Hồng Quang - Vũ Văn Tẩm Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2005 [11] Electric measuring instrument company (EMIC) MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Phần I : Giới thiệu máy phát điện xoay chiều I Định nghĩa công dụng II Đặc điểm cấu tạo II.1 Đặc điểm II.2 Cấu tạo III Các đặc tính máy phát đồng III.1 Đặc tính khơng tải III.2 Đặc tính ngắn mạch tỷ số ngắn mạch 3 9 104 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát III.3 Đặc tính ngồi độ thay đổi điện áp máy phát III.4 Đặc tính điều chỉnh III.5 Đặc tính tải III.6 Tổn hao hiệu suất máy điện đồng Phần II : Thiết kế tính tốn điện từ thiết kế kết cấu Chương I Tính tốn xác định kích thước chủ yếu Chương II Tính tốn kích thước Stator, dây quấn Stator khe hở khơng khí Chương III.Tính tốn cực từ Rơtor Chương IV Tính tốn mạch từ Chương V Tham số dây quấn Stator chế độ định mức Chương VI Tính tốn dây quấn kích từ tham số mạch kích từ Chương VII Tính khối lượng, tính tổn hao tính tốn nhiệt Chương VIII Tính tốn kết cấu Phần III : Thiết kế sơ đồ tính tốn mạch ổn định điện áp Chương I Khái quát hệ kích từ máy điện đồng I.1 Đại cương I.2 Các loại hệ kích từ máy điện đồng I.3 Giới thiệu sơ đồ chỉnh lưu thường gặp Chương II Tính chọn thiết bị mạch động lực II.1 Sơ đồ mạch động lực II.2 Tính chọn thơng số mạch động lực II.2.1 Chọn van động lực II.2.2 Chọn máy biến áp chỉnh lưu II.2.3 Chọn thiết bị bảo vệ Chương III Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ổn định điện áp máy điện đồng III.1 Mạch điều khiển Thyristor đơn giản III.2 Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển III.3 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu III.4 Thiết kế sơ đồ nguyên lý III.4.1 Giới thiệu số sơ đồ khâu III.4.2 Xây dựng mạch điều khiển III.5 Tính chọn thơng số mạch điều khiển III.5.1 Tính chọn biến áp xung III.5.2 Tính chọn tầng khuếch đại cuối III.5.3 Tính chọn tầng so sánh III.5.4 Tính chọn khâu đồng pha III.5.5 Tạo nguồn ni III.6 Tính chọn khâu phản hồi III.6.1 Sơ đồ khâu phản hồi dòng 12 13 13 15 17 17 20 30 32 37 42 49 55 60 60 61 61 65 81 81 82 82 83 84 87 87 88 90 91 91 100 105 105 105 106 107 108 110 110 105 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát III.6.2 Tính chọn khâu phản hồi dịng phản hồi áp Tài liệu tham khảo 112 117 106 ... cuối III.5 .3 Tính chọn tầng so sánh III.5.4 Tính chọn khâu đồng pha III.5.5 Tạo nguồn ni III.6 Tính chọn khâu phản hồi III.6.1 Sơ đồ khâu phản hồi dòng 12 13 13 15 17 17 20 30 32 37 42 49 55... NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 1998 [3] Máy điện II - Vũ Gia Hanh - Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ Nguyễn Văn Sáu Nhà xuất... điện 1.1 động xoay hình sin lệch pha cấu tạochiều Stator 120 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