Thiet ke may phat dien dong bo 29562

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển Đồ án đợc thực gồm phần sau: Phần I: Giới thiệu chung máy điện đồng Phần II: Các sơ đồ kích từ máy phát đồng Phần III: Tính toán thiết kế số phơng án Hà Nội, ngày 25 tháng 08 năm 2002 Sinh viên thực Nguyễn Tuấn Ngọc Chơng I Giới thiệu chung máy điện đồng 1.1 Nguyên lý làm việc máy điện đồng Sinh viên thực Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 - K1 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển 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 tính toán, thiết kế cho chúng phát 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 1.2 Phân loại kết cấu máy điện đồng Phân loại: Theo kết cấu chia máy điện đồng thành loại: Máy đồng cực ẩn thích hợp với tốc độ quay cao (số cực 2P = 2), máy điện ®ång bé cùc låi thÝch hỵp víi tèc ®é quay thấp (2P 4) ) Theo chức1.1: thành cácRôto loại chủ Hình 1.2: cực yếu ẩn sau: Hình Rôto cựcchia lồi máy điện đồng a Máy phát điện đồng - 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 Sinh viên thực Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 - K1 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển 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 b 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 c Máy bù đồng bộ: 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 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: a 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 Thông thờng máy đồng đợc chế tạo với số cực 2P = 2, tốc độ Hình 1.3: Mặt cắt ngang lõi thép rôto quay n = 3000(vòng/phút) Để hạn chế lựctrục ly tâm, phạm vi an toàn hợp kim, ngời ta chế tạo roto có đờng kính nhỏ: (D = 1,1  1,15 Sinh viªn thùc hiƯn Ngun Tn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 - K1 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển (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 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 b Kết cấu máy đồng cực lồi: Máy đồng cực lồi thờng có tốc độ quay thấp đờng kính roto lớn nhiều lần so với roto cực ẩn: (Dmax = 15m), chiều dài lại nhỏ, víi tû lƯ l/D = 0,15  0,2 Roto cđa 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) 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 Sinh viên thực Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 - K1 4) Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển Lá thép cực từ Dây quấn kích từ Đuôi hình T 4) Nêm Lõi thép roto Stato máy ®ång bé cùc låi cã thĨ ®Ỉt n»m ngang víi 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 đõ 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 1.3 Các thông số chủ yếu máy phát điện đồng 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 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 Điện 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 phần ứng hỗ cảm triệt tiêu hoàn toàn từ thông bên Vì coi điện cảm mạnh khép kín bên cuộn dây roto nhỏ không phụ thuộc vào dạng cực từ Điện kháng siêu độ: Sinh viên thực Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 - K1 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển 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 X"d < X'd Do dòng điện xuất cuộn dây cản tức thời điện kháng X"d tồn giai đoạn đầu chế độ độ Hằng số quán tính Tj: Đặc trng cho mômen quán tính phần quay, số đợc tính toán tùy thuộc vào loại máy phát Tj = 2 ®m J J® m = J S® m Trong ®ã: 2.n ®m = 60 GD2 J = 60 Với: G - Khối lợng vật quay D - đờng kính vật quay 1.4 Đồ thị vectơ đặt tính máy phát điện Phơng trình điện áp đồ thị vectơ máy phát điện đồng Đối với máy phát đồng bộ: U = E  - I (r + jX) §èi víi ®éng c¬ ®iƯn ®ång bé (1 - 1) U = E  + I (r + jX) (1 - 2) Trong đó: U: Điện áp đầu cực máy phát R, Xu': Điện trở điện kháng tản dây quấn phần ứng 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 Sinh viªn thùc hiƯn Ngun Tn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 - K1 Báo cáo thực tËp tèt nghiƯp Tù ®éng ®iỊu khiĨn a Ta xÐt trờng hợp máy phát điện 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) (1 - 3) E : Søc ®iƯn ®éng phần ứng đợc biểu thị theo điện kháng phần ứng: E = j IX Vậy phơng trình - trë thµnh: U = E - j I (X + jX)- I r Ta biểu diễn phơng trình - 4) đồ thị vect¬ (1 - 4) ) jIX jIX Ir E U I f F ' Fo Trên đồ thị thì: Từ thông 0(F0) vợt trớc E góc /2 (F) Hình 1.5: Đồ thị sđđ máy phát đồng bé cùc Èn chËm sau E = j IX góc /2 Phơng trình cân điện áp cho m¸y cùc låi U = E - j I d Xd - j I q Xq - j I X - I r (1 - 5) Vì máy cực lồi thành phần sức từ động đợc chia thành thành phần dọc trục vµ ngang trơc E d = -j I dXd E q = -j I qXq Sinh viên thực Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 - K1 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển Và thành phần -j I X ta phân tích thành thành phần dọc trục ngang trôc -j I X = -j I qX - (-j I dX) Lúc phơng trình (1 - 5) trë thµnh: U = E -j I dXd -j I qXq - I r (1 - 6) Víi: Xd = Xd + X Xq = Xq + X Xd : điện kháng ®ång bé däc trơc Xq : ®iƯn kh¸ng ®ång bé ngang trục Biểu diễn phơng trình (1 - 6) đồ thị vectơ E jI Xq jId Xd Ir U jIq Xq I Iq Id + Trờng hợp mạch từ bÃo hoà: Đối với máy phát đồng cực lồi việc thành lập đồ thị vectơ có xét Hìnhthái 1.6:bÃo Đồ hoà thị sđđ đổi khó máykhăn điệnVì cựclúc lồiđó từ thông đến trạng mạchđà từ biến có gặp nhiều d q có liên quan với trạng thái bÃo hoà theo hai phơng khác Nh Xd phụ thuộc vào d mà phụ thuộc vào q, Xd tơng tự Để đơn giản, ta cho từ thông dọc trục ngang trục ảnh hởng theo hớng trục giả sử mức độ bÃo hoà theo hớng ngang trục trình đà cân biếtbằng (Kq đà biết) Từ phơng điện áp: U = E - J IdXd - I IqXq - I r (1 - 7) Vẽ đồ thị vectơ cho phơng trình (1 - 7), trớc hết ta vÏ vect¬ U , I r , J I r , ta đợc E từ hớng I Xq ta vẽ đoạn: Sinh viên thực Nguyễn Tuấn Ngọc Lớp CĐ ĐT4 - K1 Báo cáo thực tập tèt nghiƯp Tù ®éng ®iỊu khiĨn E­q CD = I Xq = Cos Và xác định phơng E Vì điểm D nằm phơng E nên đoạn thẳng CF thẳng góc với phơng E chÝnh lµ I qXq D Eq cos C F jIX Ir E U I Đối với máy phát điện cực ẩn ta dựa phơng trình O điện áp trờng hợp mạch từ không bÃo hoà Hình 1.7: Đồ thị vectơ sđđ máy phát điện đồng cực lồi bÃo hoµ U = E - j I (X + X) - I r (1 - 8) Lúc xác ®Þnh E0 b»ng ®å thÞ Potier => F = F + F F0 = F  - F U jIX E E jIX Ir U I FO k F O F F I f f b Trờng hợp động điện: Hình 1.8: Đồ thị Potier máy phát đồng bé cùc Èn Sinh viªn thùc hiƯn Ngun Tn Ngäc Lớp CĐ ĐT4 - K1 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tự động điều khiển Khi chuyển sang làm việc nh động điện đồng bộ, máy phát công suất âm đa vào mạng điện hay nói khác tiêu thụ công suất điện lấy từ mạng để biến thành Thông thờng động đồng có cấu tạo cực lồi, ta viết phơng trình cân điện áp cho trờng hợp động U = E + j I dXd + j I qXq + I r (1 - 9) Ta vẽ đồ thị vectơ cho trờng hợp: Thiếu kích từ kích từ Từ đồ thị cho ta thấy công suất động tiêu thụ từ mạng điện là: P = m U I Cos < Ir E U jIdXd jIqXq U jIqXq jIdXd E Iq I I Iq Các đặc tính máyId phát đồng Id Hình 1.9:vận Khihành thiếu kích thích Khi cấp kích thích Khi bình thờng máy phát Hình đồng 1.10: cung cho tải đối xứng Chế độ phụ thuộc vào hộ tiêu thụ điện nối với máy phát, công suất cung cấp cho tải không vợt giá trị định mức mà phải gần định mức Mặt khác chế độ thông qua đại lợng nh điện áp, dòng điện, dòng kích từ, hệ số Cos, tần số f, tốc độ quay n Để phân tích đặc tính làm việc máy phát điện đồng ta dựa vào đại lợng chủ yếu là: U, I, If thành lập đờng đặc tính sau: a Đặc tính không tải: Đặc tính không tải quan hệ: E = U0 = f (it), I = f = fđm Sinh viên thùc hiƯn Ngun Tn Ngäc Líp C§ §T4 - K1