On dinh dien ap may phat avr 201597

ĐẶT VẤN ĐỀ Máy phát điện dự phòng để đảm bảo liên tục cho phụ tải đặc biệt yêu cầu thiếu nhà máy sản xuất cơng nghiệp quan ví dụ như: Bệnh viện, đài phát sinh hoạt cơng nghiệp khác Do tìm hiểu vấn đề liên quan đến điều khiển tự động máy phát điện dự phòng cần thiết Đối với đồ án cần quan tâm tới ba nội dung là: Ổn định tốc độ động sơ cấp Ổn định điện áp máy phát điện dự phịng cho khơng phụ thuộc vào thay đổi phụ tải không chịu ảnh hưởng vào nguồn lượng khí (động sơ cấp) Tự động chuyển đổi để máy phát dự phòng tiếp tục cung cấp điện cho phụ tải lưới điện quốc gia tự động ngừng máy phát dự phịng lưới điện quốc gia có trở lại Ngồi đồ án tơi cho học sinh tìm hiểu nghiên cứu thực hành, vận dụng điều nói cần phải có mơ hình thực hành nội dung đồ án tơi xây dựng mơ hình thực hành Bản thuyết minh đồ án sau tơi trình bày q trình tham gia chế tạo mơ hình Bản thuyết minh chia thành nhiều chương: Chương I: Giới thiệu máy phát điện xoay chiều đồng Chương II: Ổn định tần số điện áp máy phát Chương III: Ổn định điện áp máy phát (AVR) ChươngIV: Mạch tự động chuyển đổi (ATS) ChươngV: Kết cấu mơ hình Chương VI: Những thực hành thực mô hình CHƯƠNG I MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ Đối với máy phát xoay chiều ta không quan tâm nhiều vấn đề cấu tạo hay nguyên lý làm việc mà chủ yếu ta quan tâm về: Năng lượng sơ cấp để kéo roto máy phát, vấn đề tự kích từ tự động kích từ Tự động ổn định điện áp, tần số điện áp máy phát Nguồn lượng sơ cấp Điện áp máy phát phát phụ thuộc vào tốc độ quay động sơ cấp (n) Điều kéo theo tần số điện áp phụ thuộc vào động sơ cấp ( f= f(n)) Khi tốc độ quay động sơ cấp tăng tần số điện áp phát tăng theo ngược lại đặt vấn đề phải giải phải tự động ổn định tần số điện áp phát Nguồn lượng sơ cấp ta sử dụng nhiều loại như: Tuabin nước Tuabin gió Động điezen Động điện chiều… Từ trường biến thiên ban đầu Mặc dù có nguồn lượng sơ cấp ban đầu đủ lớn khơng có từ trường biến thiên ban đầu (điện áp kích từ ban đầu) máy phát sinh điện điều quan trọng máy phát điện nói chung giá trị điện áp máy phát phát phụ thuộc vào điện áp kích từ ( Uf = f(u (kt)) Khi có điện áp kích từ nguồn lượng sơ cấp để kéo roto máy phát có điện máy phát phát Từ trường biến thiên ban đầu từ dư nam châm (Roto) sinh Khi roto quay từ dư nam châm biến thiên lõi thép roto sinh sực điện động biến thiên điều hoà Sức điện động biến thiên gây tượng cảm ứng điện từ cuộn dây stato sinh sức điện động tự cảm biến thiên tần số cuộn dây stato Tạo mạch ngồi dịng điện biến thiên tần số biên độ Khi phần điện áp phát lại lấy chỉnh lưu phản hồi lại để làm điện áp kích từ ni cho roto (đây q trình tự kích từ) Khi roto trở thành nam châm điện Nhưng vấn đề đặt ổn định điện áp máy phát, ổn định tần số điện áp phát máy phát Ngoài mạng điện nguồn dự phịng vấn đề lớn ta cần quan tâm tự động chuyển đổi (ATS) I ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ Máy điện đồng nói chung máy phát điện đồng nói riêng 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 Được sản xuất từ nhà máy phát điện quay tuabin khí nước Ngồi máy điện đồng cịn làm động đặc biệt thiết bị lớn chúng có khả phát cơng suất phản kháng Phân loại Theo kết cấu chia máy phát điện đồng thành hai loại: Máy phát điện đồng cực ẩn thích hợp với tốc độ quay cao (số cực 2p = 2) máy phát điện đồng cực lồi thích hợp tốc độ quay thấp (2p ¿ 4) Theo chức năng, chia máy phát 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 máy phát tuabin nước Máy phát tuabin có tốc độ quay cao, chế tạo theo kiểu cực ẩn có trục máy đặt nằm ngang Máy phát điện tuabin nước thường có tốc độ quay thấp nên có kết cấu theo kiểu cực lồi nối chung trục máy đặt thẳng đứng Trong trường hợp máy phát điện có cơng suất nhỏ cần di động thường dùng động điezen làm động sơ cấp gọi máy phát điện điêzen Máy phát điện điêzen thường có cấu tạo cực lồi b Động điện đồng c Máy bù đồng Kết cấu Để thấy rõ đặc điểm kết cấu máy điện đồng bộ, ta xét riêng rẽ kết cấu máy cực ẩn máy cực lồi a Kết cấu máy phát điện động cực ẩn Rôto máy đồng cực ẩn làm thép hợp kim chất lượng cao, rèn thành khối hình trụ, sau gia cơng phay rãnh để đặt dây quấn kích từ Phần khơng phay rãnh rơto hình thành mặt cực từ Các máy điện đồng đại cực ẩn thường chế tạo với số cực 2p = 2, tốc độ quay rôto 3000vg/ph để hạn chế lực li tâm, phạm vi an toàn thép hợp kim chế tạo thành lõi thép rôto, đường kính rơto khơng vượt q 1,1 -1,15m Để tăng cơng suất máy, tăng chiều dài l rôto Chiều dài tối đa rôto khoảng 6,5m Dây quấn kích từ đặt rãnh rơtođược chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành bối dây đồng tâm Các vòng dây bối dây cách điện với lớp mica mỏng Để cố định ép chặt dây quấn kích từ rãnh, miệng rãnh nêm kín nêm thép khơng từ tính Phần đầu nối nằm ngồi rãnh dây quấn kích từ đai chặt ống khơng từ tính Hai đầu dây quấn kích từ luồn trục nối với hai vành trượt đặt đầu trục thông qua hai chổi điện để nối với dịng kích từ chiều Máy kích từ thường nối trục với trục máy đồng có trục với trục máy đồng Stato máy đồng cực ẩn bao gồm lõi thép, có đặt dây quấn ba pha than máy, nắp máy Lõi thép stato ép cac tơn silic dày 0,5mm, hai mặt có phủ sơn cách điện dọc chiều dài lõi thép stato cách khoảng ¿ cm lại có rãnh thơng gió ngang trục,rộng 10 mm Lõi thép stato đặt cố định thân máy Trong máy đồng công suất trung bình, than máy chế tạo kiểu kết cấu khung thép, mặt bọc thép dát dầy.Thân máy phải thiết kế chế tạo đẻ cho hình thành hệ thống đường thơng gió làm lạnh máy điện Nắp máy chế tạo từ thép từ gang đúc Ở máy đồng cơng suất trung bình lớn ổ trục không đặt nắp máy mà giá đỡ ổ trục đặt cố định bệ máy b Kết cấu máy phát điện đồng cực lồi Máy đồng cực lồi thường có tốc độ quay thấp, khác với máy đồng cực ẩn, đường kính rơto D lớn tới 15 m chiều dài l lại nhỏ với tỷ lệ 1/D =0,15 ¿ 0,2 Rôto máy điện cực lồi cơng suất nhỏ trung bình có lõi thép cấu tạo thép đúc gia công thành khối lăng trụ hình trụ mặt có đặt cực từ máy lớn, lõi thép hình thành thép dày ¿ mm, 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 rôto Giá lồng vào trục máy cực từ đặt lõi thép rôto ghép thép dày ¿ 1,5 mm Việc xác định cực từ lõi thép thực nhờ hình T hình bulơng xun qua mặt cực vít chặt vào lõi thép rơto Dây quấn kích từ chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn uốn theo chiều mỏng thành quộn dây Cách điện vòng dây lớp mica amiăng Các cuộn dây sau gia công lồng vào than cực Dây quấn cản (trường hợp máy phát đồng bộ) dây quấn mở máy (trường hợp dộng dồng bộ) đặt dầu cực Các dây quấn giống dây quấn kiểu lồng sóc máy điện khơng đồng bộ, nghĩa làm đồng đặt vào đầu cực nối hai đầu hai vòng ngắn mạch Dây quấn mở máy khác dây quấn cản chỗ điện trở dẫn lớn Stato máy đồng cực lồi có cấu tạo tương tự máy dồng cực ẩn Trục máy đồng đặt nằm ngang động đồng bộ, máy bù đồng bộ, máy phát diện điêzen máy phát tuabin nước công suất nhỏ tốc độ quay tương đối lớn (khoảng 200 vg/ph) trường hợp máy phát tuabin nước,tuabin nước công suất lớn, tốc dộ chậm, trục máy đặt thẳng đứng Khi trục máy đặt thẳng đứng, trọng ổ trục đỡ quan Nếu ổ trục đỡ đặt đầu trục máy thuộc kiểu treo, đặt đầu trục máy thuộc kiểu dù Ở máy phát tuabin nước kiểu treo, xà đỡ tựa vào than máy, tương đối dài phải khẻo chịu tồn trọng lượng rơto máy phát, rôto tuabin nước xung lực nước vào tuabin Như kích thước xà đỡ lớn tốn nhiều sắt thép, đồng thời thân máy cao lớn tăng chi phí xây dựng buồng đặt máy Ở máy phát tuốcbin nước kiểu dù, ổ đỡ trục nằm xà Xà đỡ cố định gian máy, ngắn số máy, ổ trục đỡ đặt nắp tuabin nước Trong hai trường hợp giảm vật liệu chế tạo (có thể đến vài trăm máy lớn) khiến cho thân máy buồng đặt máy thấp Trên trục máy phát tuabin thường có đặt them máy phụ - máy kích thích, để cung cấp dịng diện chiều cho cực từ cuả máy phát đồng máy phát điều chỉnh để làm nguồn cung cấp điện cho điều chỉnh tự động tuabin Điều chỉnh điện áp máy phát ta điều chỉnh dịng kích từ Id dẫn đến từ thông điện trường thay đổi, ta điều chỉnh điện áp Ta điều chỉnh tần số ta điều chỉnh tốc độ động sơ cấp ( tuabin nước, khí, dầu, gió) Ta điều chỉnh cơng suất máy phát ta phải điều chỉnh công suất điện từ, tức ta điều chỉnh góc θ U E0 Muốn điều chỉnh góc θ ta phải điều chỉnh công suất động sơ cấp Như điều chỉnh công suất máy phát liên quan đến tần số máy phát, ta điều chỉnh dịng kích từ E0 thay góc U I thay đổi cơng suất thay đổi, công suất phản kháng thay đổi Việc điều chỉnh công suất phản kháng liên quan đến điện áp máy phát + Điều kiện làm việc song song máy phát +UF = Ul + fF = fl + Thứ tự pha giống nnhau + UF, Ul trùng pha + F: máy phát, l: lưới điện Nguyên lý làm việc máy phát Máy phát biến đổi thành điện ta phải dùng động sơ cấp quay rôto với tốc độ n rơto nam châm điện nên cảm ứng dây quấn stato suất điện động pha eA, eB, eC Trị số hiệu dụng suất điện động pha E0 = 4,44 w.f.k.dq. W: số vòng pha p.n f = 60 f: tần số n: tốc độ rôto p: số đối cực k.dq: hệ số dây quấn 0: từ trường cực Khi máy phát mang tải (mạch kín) dây quấn dịng điện pha tạo từ trường quay n1= n Phương trình quan hệ điện từ a Phản ứng phần ứng Khi stato có dây điện, dịng điện stato (phần ứng) tạo từ trường gọi từ trường phần ứng Tác dụng từ trường phần ứng làm từ trường phần cảm rôto gọi phản ứng phần ứng.Tuỳ theo tính chất tải mà phản ứng phần ứng khác + Tải dung 0 cực từ cảm ứng suất diện động E0 stato, E0 chậm sau 0 góc π /2 tải dung nên dịng stato Id vượt trước E0 ggóc 900 Id sinh từ trường phần ứng, ưd trùng pha sinh suất điện động tải dung phản ứng phần ứng dọc trục (ud, 0 trục), trợ từ (ud chiều 0) + Tải cảm: Tương tự tải dung tải cảm dùng stato Id chậm sau E0 góc 900, ta cs đồ thị véc tơ Eud = - j.nud.Id Tải cảm phản ứng phần ứng dọc trục khử từ (ud ngược chiều 0) + Tải trở: Dòng điện stato In trùng pha với E0 ta có đồ thị In sinh un un sinh Eun Eun = - j.xun.In tải trở phản cảm ứng ngang trục + Tải bất kỳ: Dòng điện stato I ta phân làm hai thành phần I = Id + In In:gây phản ứng phần ứng ngang trục Id: Gây phản ứng cảm ứng đồng trục(trợ từ hay khử từ) tuỳ thuộc vào tải mang tính chất tương ứng Trợ từ mang tính chất điện dung khử từ mang tính chất điện cảm b Phương trình máy phát điện 0 sinh E0 I = Id+In Id sinh ud, ud sinh Eud In sinh un, un sinh Eun Dòng điện stato I sinh từ trường tản t t sinh Et, Et = -j.xt.Y =j.xt.(Id+In) 10