Thiết kế mạch ổn định điện áp máy phát điện xoay chiều không máy phụ

Më ®Çu §å ¸n tèt nghiÖp §iÖn kü thuËt K27 Lêi nãi ®Çu Ngµy nay, ®Êt níc ta ®ang bíc vµo thêi kú c«ng nghiÖp hãa, hiÖn ®¹i hãa, lÜnh vùc ®iÖn n¨ng ph¸t triÓn rÊt m¹nh, ®iÖn líi quèc gia cã ë hÇu hÕt c¸[.]

§å ¸n tèt nghiƯp §iƯn kü tht K27 Lêi nãi đầu Ngày nay, đất nớc ta bớc vào thời kỳ công nghiệp hóa, đại hóa, lĩnh vực điện phát triển mạnh, điện lới quốc gia có hầu hết vùng nớc Tuy nhiên có nhiều trờng hợp yêu cầu riêng biệt mà phải dùng đến máy phát điện xoay chiều (đồng bộ) công suất nhỏ trung bình Phụ tải máy phát điện biến đổi làm cho điện áp đầu cực bị dao động Vì việc tìm hiểu, nghiên cứu, thiết kế ổn định điện áp chất lợng cao quan trọng cần thiết Để ổn định điện áp máy phát đồng Có nhiều phơng pháp, nhng sau linh kiện bán dẫn công suất lớn đời, ta chế tạo nhiều thiết bị công suất, với kết cấu gọn nhẹ nhiều so với thiết bị khác cã cïng c«ng dơng víi nã Ta cã thĨ dïng cho việc thiết kế ổn định điện áp máy phát điện xoay chiều với chất lợng ổn định cao Với nhiệm vụ đợc giao thiết kế ổn định điện áp máy phát điện xoay chiều không máy phụ, với P = 75 (kW), U = 220/380 (V), f = 50 (Hz) Ukt®m = 150 (V), Iktđm = 25 (A) SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRờng đại học quy nhơn Khoa kt & cn cộng hoà xà héi chđ nghÜa viƯt nam ®éc lËp - tù - h¹nh NhiƯm vơ thiÕt kÕ tèt nghiƯp Hä tên: Châu Nguyễn Thành Thái Nghành: Điện Kỹ Thuật Khoá: 27 Đầu đề thiết kế: Thiết kế mạch ổn định điện áp máy phát điện xoay chiều không máy phụ Các số liệu ban đầu: P=75(KW) ; U=220/380(V) ; f=50(Hz) ; UKT=150(V) ; IKT=20(A) Néi dung phần thuyết minh tính toán: - Khái quát máy phát điện xoay chiều - Các phơng pháp ổn định điện áp máy phát - Chọn phơng án - Thiết kế mạch động lực - Thiết kế mạch điều khiển Các vẽ đồ thị: - vẽ A0 Cán hớng dẫn: Phần Họ tên cán Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày hoàn thành: Quy Nhơn, Ngày tháng năm 2009 Chủ nhiệm khoa SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang Cán hớng dẫn ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 Sinh viên thực MụC LụC CHƯƠNG I KHáI QUáT Về MáY PHáT ĐIệN XOAY CHIềU I.1 Sơ lợc máy phát điện: Máy điện đồng thiết bị điện quan trọng đợc 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 đợc sản xuất từ máy phát điện quay tuabin hơi, tuabin khí tuabin nớc Hai loại thờng gặp máy phát nhiệt điện máy phát thuỷ điện pha Máy điện đồng đợc dùng làm động đặc biệt thiết bị lớn, khác với động không đồng chúng phát công suất phản kháng Thông thờng máy đồng đợc tÝnh to¸n, thiÕt kÕ cho chóng cã thĨ ph¸t công suất phản kháng gần công suất tác dụng Trong số trờng 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 cos cho lới điện đợc gọi máy bù đồng Ngoài động đồng công suất nhỏ (đặc biệt động kích từ nam châm vĩnh cửu) đợc dùng rộng rÃi trang bị tự động điều khiển I.1.1 Phân loại: Theo kết cấu chia máy điện đồng thành loại: Máy đồng cực ẩn thích hợp víi tèc ®é quay cao (sè cùc 2P = 2), máy điện đồng cực lồi thích hợp với tốc độ quay thấp (2P 4) SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1: Rôto cực lồi Điện kỹ thuật K27 Hình 1.2: Rôto cực ẩn Theo chức chia máy điện đồng thành loại chủ yếu sau: I.1.1.1 Máy phát điện đồng bộ: - Máy phát điện đồng thờng đợc kéo tuabin tuabin nớc đợc gọi máy phát tuabin hay máy phát tuabin nớc Máy phát tuabin có tốc độ quay cao, đợc chế tạo theo kiểu cực ẩn trục máy đợc đặt nằm ngang nhằm đảm bảo độ bền cho máy Máy phát ®iƯn tuabin níc cã tèc ®é quay thÊp nªn cã kÕt cÊu theo kiĨu cùc låi, nãi chung trơc m¸y thờng đặt thẳng đứng Bởi để giảm đợc kích thớt máy phụ thuộc vào chiều cao cột nớc Trong trờng hợp máy phát có công suất nhỏ cần di động thờng dùng động điezen làm động sơ cấp đợc gọi máy phát điện điezen, loại thờng đợc chế tạo theo kiểu cực lồi I.1.1.2 Động điện đồng bộ: Động điện đồng thờng đợc chế tạo theo kiểu cực lồi đợc sử dụng để kéo tải không đòi hỏi phải thay đổi tốc độ, với công suất chủ yếu từ 200KW trở lên I.1.1.3 Máy bù đồng bộ: SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 Máy bù đồng thờng đợc dùng để cải thiện hệ số công suất cos lới điện Ngoài loại có loại máy điện đặc biệt nh: Máy biến đổi phần ứng, máy đồng tần số cao máy điện công suất nhỏ dùng tự động, nh động đồng nam châm vĩnh cửu, đồng đồng phản kháng, động đồng từ trễ, động bớc I.1.2 Kết cấu: Để thấy rõ đặc điểm kết cấu máy điện đồng bộ, ta xét trờng hợp máy cực ẩn máy cực lồi nh sau: I.1.2.1 Kết cấu máy đồng cực ẩn: Roto máy đồng cực ẩn làm thép hợp kim chất lợng cao, đợc 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 nh hình 1.3: Hình 1.3: Mặt cắt ngang trục lõi thép rôto Thông thờng máy đồng đợc 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, ngời ta chế tạo roto có đờng kính nhỏ: (D = 1,1 ữ 1,15 (m)) Vì muốn tăng công suất máy tăng chiều dài l roto (lmax = 6,5m) Dây quấn kích từ đợc đặt rÃnh roto đợc quấn thành bối dây, vòng dây bối dây đợc cách điện với lớp mica mỏng Miệng rÃnh đợc nêm kín để cố định ép chặt bối dây Dòng SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 điện kích từ dòng chiều đợc đa vào cuộn kích từ thông qua chổi than đặt trục roto Stato máy đồng cực ẩn bao gồm lõi thép đợc ghép lại từ thép kỹ thuật điện, có tạo rÃnh để đặt dây quấn pha Stato đợc 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 đợc chế tạo theo kết cấu khung thép, máy phải có hệ thống làm mát Nắp máy đợc chế tạo từ thép gang đúc I.1.2.2 Kết cấu máy đồng cực lồi: Máy ®ång bé cùc låi thêng cã tèc ®é quay thÊp đờng kính roto lớn nhiều lần so víi roto cùc Èn: (Dmax = 15m), ®ã chiều dài lại nhỏ, với tỷ lệ l/D = 0,15 ữ 0,2 Roto máy đồng cực lồi công suất trung bình nhỏ có lõi thép đợc chế tạo từ thép đúc gia công thành khối lăng trụ, mặt có đặt cực từ máy lớn Lõi thép đợc hình thành thép dày từ 1mm đến 6mm, đợc dập đúc định hình sẵn để ghép thành khối lăng trụ, lõi thép thờng không trực tiếp lồng vào trục máy mà đợc đặt giá đỡ roto Dây quấn cản (trờng hợp máy phát đồng bộ) dây quấn mở máy (trờng hợp động đồng bộ) đợc đặt đầu cực Các dây quấn giống nh dây quấn kiểu lồng sóc máy điện không đồng bộ, nghĩa làm đồng đặt vào rÃnh đầu cực đợc nối đầu vòng ngắn mạch SV: Châu Nguyễn Thành Thái Hình6 1.4: Cực từ máy đồng cực lồi trang ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp §iƯn kü tht K27 L¸ thÐp cùc tõ 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 trờng hợp máy phát tuabin nớc công suất lớn, tốc độ chậm trục máy phải đặt thẳng đứng theo kiểu treo kiểu đỡ tuỳ thuộc vào cách bố trí ổ trục đỡ + Ưu điểm kiểu treo ổn định, chịu ảnh hởng tác động phần phụ, nhng chi phí xây dựng cao, kiểu đỡ giảm đợc kích thớc máy theo chiều cao Do giảm đợc kích thớc chung máy Nh tuỳ theo yêu cầu mà ta phải có cách bố trí cho hợp lý I.2 Máy phát ®iƯn xoay chiỊu: I.2.1 Kh¸i niƯm: M¸y ph¸t ®iƯn xoay chiều máy phát điện đồng có tốc độ quay cđa rotor b»ng tèc ®é quay cđa tõ trêng I.2.1.1 Các thông số máy phát điện đồng bộ: Trong máy phát điện đồng thông số nh: 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 I.2.1.2 Điện kháng đồng dọc trục ngang trục (Xd, Xq): Điện kháng đồng dọc trục ngang trục thông số đặc trng máy phát điện chế độ xác lập 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 SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang ĐKT K27 §å ¸n tèt nghiƯp §iƯn kü tht K27 I.2.1.3 §iƯn kháng độ X'd: Đặc trng cho cuộn cảm cuộn dây chế độ xác lập 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 thờng nhỏ nên phản ứng hỗ cảm triệt tiêu hoàn toàn từ thông bên Vì coi điện cảm mạch khép kín bên cuộn dây roto nhỏ không phụ thuộc vào dạng cực từ I.2.1.4 Điện kháng siêu độ: Điện kháng đặc trng cho điện cảm cuộn dây stato giai đoạn đầu chế độ độ giai đoạn đầu chế độ bị ảnh hởng cuộn dây cản, làm giảm từ thông cuộn dây stato Do ®ã X"d < X'd, dßng ®iƯn xt hiƯn cuộn dây cản tức thời điện kháng X"d tồn giai đoạn đầu chế độ độ I.2.1.5 Hằng số quán tính Tj: Đặc trng cho mômen quán tính phần quay, số đợc tính toán tùy thuộc vào loại máy phát Tj = J J dm dm = ìJ Sdm GD Trong ®ã: J = 60 Víi: , đm = 2.n 60 G - Khối lợng vật quay D - đờng kính vật quay I.2.2 Đồ thị vectơ đặc tính máy phát điện đồng bộ: Đối với máy phát đồng bộ: U = E δ - I (r + jXδ) (1 - 1) Trong đó: U: Điện áp đầu cực máy phát R, Xu': Điện trở điện kháng tản dây quấn phần ứng SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 E: Sức điện động cảm ứng dây quấn từ trờng khe hở không khí Khi có tải suất điện động cảm ứng đợc chia làm thành phần: E= E + E * Ta xét máy phát điện đồng bộ: Trong trờng hợp ta xét cho loại máy cực ẩn máy cực lồi Giả sử máy phát làm việc tải điện cảm có: < < 900 Phơng trình cân điện áp cho máy cực ẩn: = + U E E I (r + jX) E (1 - 2) : Søc ®iƯn động phần ứng đợc biểu thị theo điện kháng phần ứng: E = j IX Vậy phơng trình - trë thµnh: U = E - j I (X + jXσ)- I r (1 - 3) Ta biểu diễn phơng trình - đồ thị vectơ jIXư jIXư E Irư U θ ϕ fδ Fo θ' I F­ H×nh 1.5: Đồ thị sđđ máy phát đồng cực ẩn Trên đồ thị thì: Từ thông 0(F0) vợt trớc E mét gãc π/2 vµ Φ(F) chËm sau E = j IX góc /2 Phơng trình cân điện áp cho máy cực lồi SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp §iÖn kü thuËt K27 U = E - j I d Xd - j I q Xq - j I Xσ - I r (1 - 4) Vì máy cực lồi thành phần sức từ động đợc chia thành thành phần dọc trơc vµ ngang trơc E d = -j I dXd E q = -j I qXq Và thành phần -j I X ta phân tích thành thành phần dọc trục ngang trục -j I Xδ = -j I qXδ + (-j I dX) Lúc phơng trình (1 - 5) trë thµnh: U = E -j I dXd -j I qXq - I r (1 - 5) Víi: Xd = Xd + Xδ Xq = X q + X Xd : điện kháng ®ång bé däc trơc Xq : ®iƯn kh¸ng ®ång bé ngang trục Biểu diễn phơng trình (1 - 5) đồ thị vectơ E jId Xd jIq Xq jI Xq ψ Ir­ U θ ϕ Iq ψ I Id H×nh 1.6: Đồ thị sđđ đà biến đổi máy điện cực lồi + Trờng hợp mạch từ bÃo hoà: Đối với máy phát đồng cực lồi việc thành lập đồ thị vectơ có xét đến trạng thái bÃo hoà mạch từ có gặp nhiều khó khăn Vì lúc từ thông d q có liên quan với trạng thái bÃo hoà theo hai phơng SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang 10 ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 Trị số điện áp trung bình lớn nhất: Udo= 0,45.U2 Chất lợng điện áp xấu cho hệ số sử dụng biến áp xấu: Sba= 0,39.Ud.Id Đánh giá chung loại chỉnh lu nhận thấy, loại chỉnh lu bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản Tuy vậy, chất lợng kỹ thuật nh: chất lợng điện áp chiều, hiệu suất sử dụng biến áp xấu Do đó, loại chỉnh lu đợc sử dụng thực tế III.2 Chỉnh lu cầu pha: Chỉnh l cầu pha có điều khiển có hai cách mắc sơ đồ: đối xứng không ®èi xøng T4 U T2 §èi R xøng Ud T1 D2 T3 D1 U T1 T2 L R đối Không xøng L Ud t Id t t Id t H×nh 3.2: Chỉnh lưu cầu pha đối xứng không đối xứng Nhìn chung, chỉnh lu cầu pha có chất lợng điện áp tơng đơng nh chỉnh lu chu kì với biến áp có trung tính Chất lợng điện chiều nh nhau, dòng điện làm việc cđa van b»ng nhau, nªn viƯc øng dơng cđa chóng tơng đơng Mặc dù vậy, chỉnh lu cầu pha có u điểm chỗ: điện áp ngợc van bé hơn; biến áp dễ chế tạo có hiệu suất SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang 30 ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 cao Thế nhng, chỉnh lu cầu pha có số van cao nhiều gấp hai lần, làm giá thành cao hơn, sụt áp van lớn gấp hai lần nên tải điện áp thấp hiệu suất chỉnh lu thấp, chỉnh lu cầu điều khiển đối xứng phức tạp Các sơ đồ chỉnh lu pha cho điện áp với chất lơng cha cao, biên độ đập mạch lớn thành phần hài bật cao lớn, điều không áp dụng đợc cho nhiều loại tải III.3 Chỉnh lu tia ba pha: U2 Sơ đồ: t A T1 B T2 Ud T3 C L t R Id t H×nh 3.3: ChØnh l­u tia ba pha Trị số điện áp trung bình: - Tải liên tục: U d = U ìCos SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang 31 ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 - Tải gián đoạn: U d = U  π  + Sin − α  ÷   3  Udo= 1,17.U2f : Điện áp chỉnh lu tia pha van điod U2f : Điện áp pha thứ cÊp biÕn ¸p So víi chØnh lu mét pha, chØnh lu tia ba pha có chất lợng điện chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển van bán dẫn trờng hợp tơng đối đơn giản Dòng điện cuộn dây thứ cấp nguồn chiều, biến áp ba pha ba trụ mà từ thông lõi thép biến áp từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn Nếu biến áp đợc chế tạo từ ba biến áp pha công suất máy biến áp lớn nhiều Khi chế tạo biến áp động lực, cuộn dây thứ cấp phải đợc đấu sao, có dây trung tính phải lớn dây pha dây trung tính chịu dòng điện tải III.4 Chỉnh lu tia sáu pha: Sơ ®å: A T1 * B T2 * C T3 * L A* B* C* R * * * Ud T4 T5 T6 SV: Châu Nguyễn Thành Thái Hình 3.4: Chỉnh lưu tia sáu pha ĐKT K27 trang 32 t Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 Theo dạng sóng điện áp thấy van dẫn khoảng 1/6 chu kì So với sơ đồ khác, chỉnh lu tia sáu pha có dòng điện chạy qua van bán dẫn bé Do đó, sơ đồ chỉnh lu tia sáu pha có u điểm có dòng tải lớn Tuy nhiên, biến áp ba pha sáu cuộn dây thứ cấp chế tạo phức tạp thế, sơ đồ đợc dùng thực tế III.5 ChØnh lu cÇu ba pha: III.5.1 ChØnh lu cÇu ba pha điều khiển đối xứng: Sơ đồ: T2 T1 T4 T3 T6 T5 L uf C B A R t t1 t2 t3 t4 ud t SV: Ch©u Ngun Thành Thái trang 33 ĐKT K27 Hình 3.5: Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 Theo hoạt chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng, dòng điện chạy qua tải dòng chạy từ pha sang pha kia, thời điểm cần mở Tiristor đòi hỏi cấp hai xung điều khiển đồng thời Cần ý thứ tự cấp xung điều khiển cần tuân thủ theo thứ tự pha Khi cấp xung điều khiển, dòng điện chạy từ pha có điện áp dơng pha có điện áp âm Khi góc mở van nhỏ điện cảm lớn, pha dẫn van nhóm nàythì có hai van nhóm đổi chỗ cho Điện áp ngợc với van phải chịu chỉnh lu cầu ba pha van dẫn điện áp dây van khoá Sự phức tạp phơng phap chỉnh lu gây không khó khăn chế tạo, vận hành sữa chữa Để đơn giản ngời ta sử dụng điều khiển không đối xứng III.5.2 Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng: sơ đồ: D1 T1 D2 T2 D3 T3 L R Hình 3.6: Sơ đồ động lực SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang 34 Giản đồ đờng cong ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp uf C B A t1 §iƯn kü tht K27 t2 t3 t4 t5 t t6 ud t IT1 t IT2 t IT3 t ID1 t ID2 t IT3 t SV: Ch©u Nguyễn Thành Thái trang 35 ĐKT K27 Hình 3.7: Giản đồ đường cong Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 Loại chỉnh lu đợc cấu tạo từ nhóm có điều khiển nhóm không điều khiển nh mô tả sơ đồ động lực Trên mô hình động lực mô tả giản đồ điện áp chỉnh lu Uf sóng điện áp Ud, khoảng van b¸n dÉn T1, T2, T3, D1, D2, D3 C¸c tiristor ®ỵc dÉn tõ thêi ®iĨm cã xung më Tiristor cđa pha Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện điện áp tải liên tục góc mở tiristor nhỏ 60 0, góc mở tăng lên thành phần tải nhỏ, dòng điện điện áp gián đoạn Theo dạng sóng điện áp tải, trị số điện áp trung bình tải góc mở đạt tới 1800 Ngời ta coi điện áp trung bình tải kết tổng hai điện ¸p chØnh lu tia ba pha U tb = 3 ×U f max ( + Cosα ) = U d max ( + Cosα ) 2π Điều kiện tiristor chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng dễ dàng hơn, nhng điều hoà bậc cao tải nguồn lớn SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang 36 ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 Khác với mạch đối xứng, sơ đồ việc điều khiển van bán dẫn đợc thực đơn giản Ta coi mạch điều khiển chỉnh lu nh điều khiển chỉnh lu tia ba pha ChØnh lu cÇu ba pha hiƯn sơ đồ có chất lợng điện áp tốt nhÊt, hiƯu st sư dơng biÕn ¸p tèt nhÊt Tuy sơ đồ phức tạp D4 D1 T1 D5 D2 T2 Rf D6 D3 T3 D7 CHƯƠNG iv L THIếT Kế MạCH Động lực Ta chọn mạch động lực sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển Cf BI không đối xứng F BU BA D4 D1 T1 D5 D2 T2 D6 D3 Rf Udk T3 D7 L SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang 37 Hình 4.1: Sơ đồ mạch động lực ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 Sơ đồ cầu chỉnh lu ba pha không đối xứng có thêm Điod D 4, D5, D6, D7 điện trở phụ Rf Các Điod D4, D5, D6 Rf làm nhiệm vụ tự kích ban đầu Điod D7 có nhiệm vụ đảm bảo khóa tốt cho Tiristo đà ngắt xung điều khiển Điều cho phép chống tợng điều khiển Tiristo Nguyên lý làm viện nh sau: Khi khởi động máy phát quay roto đến tố độ đó, nhờ có từ d cực roto, từ thông du quét qua dây stato làm cảm ứng đầu cực máy phát sức điện động Ed Vì tất nguồn cung cấp cho mạch điều khiển lấy đầu máy phát nên E d nhỏ, mạch điều khiển không làm việc T1, T3 khoá Lúc nhờ D4, D5, D6 với D1, D2, D3 tạo thành mạch chỉnh lu cầu ba pha không điều khiển làm cho điện áp vừa thành lập đợc đầu cực máy phát, qua máy biến áp chỉnh lu điện áp xoay chiều đợc chỉnh lu thành điện áp chiều quay tăng cờng kích từ ( cuộn kích từ đợc đấu cho ikt tạo kt chiều du ) Điện áp đầu SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang 38 ĐKT K27 Đồ ¸n tèt nghiƯp §iƯn kü tht K27 cùc m¸y ph¸t tăng dần đến U f = ( 70 ữ 80 )%Uđm mạch điều khiển dẫn thông, điện A1 = A hai đầu Rf đẳng dòng điện chay qua Rf Tiristo dẫn ba Điod D4, D5, D6 tự khoá, sơ đồ chỉnh lu làm việc nh sơ đồ ba pha điều khiển không đối xứng, van làm việc D 1, D2, D3, T1, T2, T3 Các thông số m¸y ph¸t: P= 75 kW U= 220/380 V Ukt = 150 V Ikt= 20 A f= 50 Hz IV.1 TÝnh chọn van động lực: Các van động lực đợc lựa chọn dựa vào yếu tố là: Dòng tải Id, sơ đồ đà chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc Ta có: Ud = Kqt Ukt®m= 1,1 150 = 165 V Id = Kqt Ikt®m = 1,1 20 = 22 A Víi : Kqt = 1,1 hệ số tải cho phép IV.1.1 Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng: U ktđm = 2,34U 2f + Cos Điện áp tải lúc van mở hoàn toàn là: U =2,34.U2f Yêu cầu lúc tải van mở hoàn toàn, ta có: U = 1,1 Ukt®m Suy ra: 2, 34U f = 1,1U kt®m = 1,1.2, 34U f => α + cos = 350 IV.1.2 Xác định điện áp ngợc van: Điện áp sơ thứ cấp biến áp cha tính đến sụt áp định mức: SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang 39 ĐKT K27 Đồ ¸n tèt nghiƯp U 2f = §iƯn kü tht K27 2U kt®m 2.150 = = 70, 48V 2,34(1+cos35o ) 2, 34(1 + 0, 819) Víi chØnh lu cÇu ba pha không đối xứng điện áp ngợc cực đại van lµ: U N = 6U f = 70, 48 = 172, 46V Để chọn van theo điện áp hợp lý điện áp ngợc van cần phảI chọn điện áp làm việc thông qua hệ số dự trữ Kdtu = Điện áp ngợc van: UNV = Kdtu.UN = 172,64 = 345,28V IV.1.3 Dòng điện làm việc van: Dòng điện làm việc van đợc chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van theo sơ đồ đà chọn ILV = IHD = KHD Id = 0,58 22 = 12,76A Víi K HD = = 0, 58 Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng ( TL ) Để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng nhiệt, chọn thiết kế hệ thống tỏa nhiệt hợp lý Máy điện làm việc điều kiện môi trờng khắc nghiệt khó sữa chữa, ta chọn phơng án toả nhiệt có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt tỏa nhiệt quạt làm mát cỡng Theo lý thuyết lúc I đm > 2,5ILV Ta chọn dòng điện định mức van là: IđmV = K1 ILV = 2,5 12,76 = 31,9A Với K1 = 2,5 - Hệ số dự trữ dòng điện Các thông số tính đợc, tra TL [3] chọn đợc loại điod va tiristo Điod loại CR40-080 UN (V) I®m (A) Ipik (A) 800 40 800 tiristo chọn loại HT40/080J4 UN Iđm Ipik 800A 40A 900A Ig 110m Ug 3V ∆U (V) 1,1 100 200 Ir tcm ∆U Tcp µ 6mA 1,65A 150 125 C SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang 40 Ir ( A) Tcp( C ) ĐKT K27 Đồ án tèt nghiƯp §iƯn kü tht K27 A UN - §iƯn áp ngợc cực đại van V Iđm Dòng điện định mức van Ipik - Đỉnh xung dòng điện U - tổn hao điện áp trạng thái mở van Ir Dòng điện rò Tcm Thời gian chuyển mạch Tcp Nhiệt độ cho phép van IV.2 Tính toán máy biến áp: Các đại lợng cần có cho tính toán biến áp chỉnh lu: IV.2.1 Điện áp hỉnh lu không tải: U = U d + ∆U V + ∆U ba + U dn Trong đó: Ud = 165V - Điện áp chØnh lu ∆ U V = ∆ U D + ∆ U T = 1,1 + 1, 65 = 2, 75V - Sụt áp van U ba = ∆ U r + ∆ U l = 10%Ud =16,5V - Sụt áp bên biến áp có tải, bao gồm sút áp điện trở sụt áp điện cảm chọn sơ khoảng (5 ữ 10)% ∆U dn = 5%Ud = 5%.165 = 8,25V- sôt áp dây nối Vậy: Udo = 165 + 2,75 + 8,25 + 16,5 = 192,5V IV.2.2 C«ng suÊt tèi ®a cđa t¶i: Pdmax = Udo Id = 192,5 22 = 4235W IV.2.3 Công suất biến áp nguồn cÊp: Sba = ks Pdmax = 1,05 4235 = 4446,75W Trong đó: ks hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực, tra TL-[3] Sba công suất biểu kiến biến áp IV.2.4 Tính toán sơ mạch từ: SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang 41 ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ tht K27 TiÕt diƯn trơ QFe cđa lâi thÐp biÕn áp đợc tính: Q Fe = k Q S ba 4446, 75 = 5, = 29, 95 cm m.f 3.50 ( ) Trong ®ã: kQ – hƯ sè phụ thuộc phơng thức làm mát, chọn kQ = 5,5 m số pha máy biến áp f tần sè ngn xoay chiỊu Víi QFe = 29,96 cm2, chän trơ m¸y biÕn ¸p cã c¸c kÝch thíc nh sau: a = 5,5 cm; b = 5,5 cm QFe = 5,5 5,5 = 30,25 cm2 IV.2.5 Điện áp cuộn dây: Điện áp cuộn dây thứ cấp: U2 = U 192, = = 82, 26 ( V ) ku 2, 34 Trong ®ã: ku – hƯ sè điện áp chỉnh lu, tra TL [3] Điện áp cuộn dây sơ cấp: U1 = U = 220 (V) Ti FULL (82 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 Dự phịng: fb.com/KhoTaiLieuAZ IV.2.6 Dßng điện cuộn dây: Dòng điện dây thứ cấp: I2 = k2 Id = 0,82 22 = 18,08 (A) Trong đó: K2 = 0,82 hệ số dòng điện, tra TL [3] Dòng điện dây sơ cấp: I1 = I2 U 82, 26 = ×I = ×18, 04 = 6, 75(A) k ba U1 220 Trong ®ã: k ba = U1 U2 hƯ sè biÕn ¸p SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang 42 ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp Điện kỹ thuật K27 IV.2.7 Số vòng dây cuộn: Sơ cấp: W1 = U1 220 = = 327, ≈ 328 ( vßng ) 4, 44.f.Q Fe B 4, 44.50.30, 25.10−4.1 Thø cÊp: W2 = U2 82, 26 = = 122, ≈ 123 ( vßng ) 4, 44.f.Q Fe B 4, 44.50.30, 25.10−4.1 Trong ®ã: B = (Tesla) – tõ c¶m lâi thÐp IV.2.8 Tiết diện dây quấn: Sơ cấp: Tiết diện tính toán: Tải FULL (82 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ S1cu I 6, 75 = = = 2, mm J 2, ( ) Trong ®ã: J = 2,5 (A/mm2) mật độ dòng điện Chọn dây tiết diƯn trßn, theo TL 3: S1 (mm2) 2,776 d (mm) 1,88 Mcu(g/m) 24,7 R/m ( Ω m) 0,00631 dn (mm) 1,97 ữ d - đờng kính thực lõi đồng mcu trọng lợng riêng mét R/m - điện trở mét dn - đờng kính dây kể cách điện Tiết diện dây kể cách ®iÖn: πd 2n 3,14.22 S1 = = = 3,14 mm 4 ( ) Thø cÊp: TiÕt diÖn tÝnh toán: SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang 43 ĐKT K27 Đồ án tốt nghiệp S cu = Điện kü thuËt K27 I 18, 04 = = 7, 216 mm J 2, ( ) Chän d©y tiÕt diƯn ch÷ nhËt cã kÝch thíc, theo TL 3: a = 1,35 (mm ), b = 5,5 (mm) TiÕt diện dây thứ cấp kẻ cách điện: S2 = ( a + 0,45 )( b + 0,45 ) = ( 1,35 + 0,45 )( 5,5 + 0.45 ) = 10,71 (mm2) IV.2.9 Các kích thớc mạch từ: Hình dáng trụ: Ta đà có: QFe = 30,25 (cm2) Chọn thép kỹ thuật điện E330 có bề dày 0,5 (mm) Số thép cần có: 5, = 110 ( l¸ thÐp ) 0, KÝch thíc cưa sỉ trơ: Qcs = Qcs1 + Qca2 = 2k1®.W1.S1cu + 2k2®.W2.S1cu = 328 2,7 + 123 7,216 = 7092,67 (mm2) Trong đó: k1đ = k2đ = 2, hệ số lấp đầy Kích thớc cửa sổ: Để đặt dây quấn vào trụ lõi thép biến áp, có cách điện cuộn dây pha, cuộn dây hai pha, ta phải chọn cưa sỉ cho: c.h > Qcs b Chän s¬ bé: c = 1,4a = 1,4 5,5 = 7,7 (cm) h = 4,4a = 4,4 5,5 = 24,2 (cm) a2) = 18634(mm2) > Qcs c.h = 7,7 24,2 = 186,34 (cm Ta thÊy: c.h > Qcs ta chọn kích thớc Kích thớc mạch từhnh hinh sau: C = 2c + 3a = 7,7 + 5,5 = 31,9 (cm) c C SV: Châu Nguyễn Thành Thái trang 44 ĐKT K27 3852190