Thiết kế mạch tự động cấp kích từ cho động cơ đồng bộ

Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khoa Điện Bộ Môn Tự Động Hoá -o0o - Bài tập lớn Môn Điện Tử Công Suất Đề Tài : Thiết kế mạch tự động cấp kích từ cho động đồng Thầy giáo hớng dẫn Sinh viên Lớp : : : phạm quốc hải ngô văn ngọc Tự Động Hoá 03-06 Số liệu phơng án : Phơng án Điện áp kích từ định mức 115V-DC Công suất kích từ định mức 36,8(kw) Điện áp kích từ cực đại(quá kích từ) 200(V) Điện trở khởi động Điện áp lới điện 0,8 () 3x380(V) H Nội - 2008 PhÇn I : Giíi ThiƯu chung I/ Động Đồng : Máy điện đồng đợc sư dơng nhiỊu c«ng nghiƯp Nã cã thĨ sử dụng làm biến đổi thành điện , nghĩa làm máy phát điện Hoặc dùng làm động , đặc biệt thiết bị lớn , để biến đổi điện thành Đối với động đồng , xét thấy có u điểm sau : Ta biết, động đồng đợc kích thích dòng điện chiều nên làm việc với cos= không cần lấy công suất phản kháng từ lới điện , kết hệ số công suất lới điện đợc nâng cao, làm giảm đợc điện áp rơi tổn hao công suất đờng dây Ngoài ra, động đồng chịu ảnh hởng thay đổi điện áp lới điện momen động điện đồng tỷ lệ với U, mômen động không đồng tỷ lệ với U Vì vậy, điện áp lới sụt thấp cố, khả giữ tải động điện đồng lớn hơn; trờng hợp tăng kích thích, động đồng làm việc an toàn cải thiện đợc điều kiện làm việc lới điện Hiệu suất động đồng cao động không đồng động đồng có khe hở tơng đối lớn, làm tổn hao phụ nhỏ Tuy vậy, động đồng nhợc điểm sau : cấu tạo phức tạp, đòi hỏi phải có máy kích từ nguồn cung cấp dòng điện chiều khiến giá thành cao Việc mở máy động đồng phức tạp việc điều chØnh tèc ®é cđa nã chØ cã thĨ thùc hiƯn đợc cách thay đổi tần số nguồn điện Việc so sánh động đồng với động không đồng có phối hợp với tụ điện cải thiện cos giá thành tổn hao lợmh dẫn đến kết luận : Pđm > 200 300 kV, nên dùng động đồng nơi không cần thờng xuyên mở máy điều chỉnh tốc độ Pđm > 1000kV, dùng động đồng với cosđm = 0,8 có lợi dùng động không đồng Pđm > 300kV dùng động đồng với cosđm = 0,9 1/ Đặc điểm cấu tạo động đồng : - có hai loại : máy cực ẩn cực lồi a/ Máy cực ẩn : Rôto làm thép hợp kim chất lợng cao, rèn thành khối hình trụ, sau gia công phay rÃnh để đặt dây quấn kích từ Phần không phay rÃnh rôto hình thành mặt cực từ Đờng kính D rôto không vợt 1,1 1,5 m ; chiều dài l tối đa rôto 6,5m Máy cực Èn thêng cã sè cùc 2p= 2, tèc ®é quay 3000v/ph Stato bao gồm lõi thép, đặt dây quấn ba pha thân máy, nắp máy Lõi thép stato đợc ép tôn silic dày 0,5mm, hai mặt phủ sơn cách điện Thân máy đợc chế tạo theo kết cấu khung thép, nắp máy chế tạo từ thép gang đúc b/ Máy cực lồi : Máy cực lồi có tốc độ quay thấp, nên đờng kÝnh D cã thĨ tíi 15m, nhng chiỊu dµi l lo¹i nhá, tû lƯ l/D = 0,15  0,2 Rôto đợc chế tạo thép đúc gia công thành khối lăng trụ Cực từ đặt lõi thép đợc ghép thép dày 1,5mm Stato có cấu tạo tơng tự máy cực ẩn 2/ Nguyên lý hoạt động : Ta biết, động đồng phần lớn mở máy theo phơng pháp không đồng Quá trình mở máy chia làm hai giai đoạn Lúc đầu, việc mở máy đợc thực với it= 0, dây quấn kích thích đợc nối tắt qua điện trở RT Sau đóng cầu dao nối dây quấn stato với nguồn điện, rôto quay tăng tốc đến gần tốc độ đồng n1 cđ tõ trêng quay Víi Rt= (10 12)rt (cđa b¶n thân dây kích từ ) cần thiết Khi rôto đà quay đến tốc độ n= n1, tiến hành giai đoạn hai : Đem nối dây quấn kích từ với điện áp chiều máy kích thích Lúc đó, mômen không đồng tỷ lệ với hệ số trợt s mômen gia tốc tỷ lệ với ds/dt có mômen đồng phụ thuộc góc tác dụng Do rôto cha quay đồng nên góc thay đổi Khi < < 1800 mômen đồng cộnh tác dụng với mômen không đồng làm tăng thêm tốc độ quay rôto nh rôto đợc lôi vào tốc độ đồng sau trìng dao động Để đảm bảo rôto đa vào ®ång bé thn lỵi, hƯ sè trỵt ë ci giai đoạn thứ lúc cha có dòng điện kích thích cần điều kiện : k P i s < 0,04  m dm2  tdb GD ndm itdm km: lực tải chế độ đồng với dòng điện kích từ Pm: công suất địng mức, kW Itdb: dòng kích từ đồng hoá GD2: mômen động lợng động máy công tác nối trục với nó, kG.m2 Có thể nối thẳng dây quấn kích thích với máy kích từ suốt trình mở máy Nh vậy, dây quấn phần ứng máy kích từ có dòng điện xoay chiều nhng không gây hại Khi rôto đạt n= (0,6 0,7)nđm, máy kích thích bắt đầu cấp dòng điện kích từ cho động đồng bộ, nhờ mà lúc đến gần tốc độ đồng động đợc kéo vào tốc độ đồng 3/ Đặc tính động đồng : Khi đóng stato động đồng vào lới điện xoay chiều có tần số f1 không đổi, động làm việc với tốc độ không đổi tốc độ đồng : 2. f p ( p: số đôi cực stato ) Trong phạm vi mômen cho phép M Mmax, đặc tính tuyệt đối cứng, nghĩa độ cứng đặc tính Đặc tính thể hình sau : 1 Mmax M */ Tríc xÐt ¶nh hëng tần số f1 đến đặc tính theo đồ thị trên, ta có : (Lu ý : Khi mômen M vợt trị số Mmax tốc độ động đồng ) Trong hệ truyền động dùng động đồng bộ, ta xét đặc tính góc : M = f( ) Đặc tính góc biểu diễn quan mômen động với (góc lệch vectơ điện áp pha lới điện vectơ sức điện động cảm ứng dây quấn stato từ trờng chiều rôto sinh Đặc tính M = f( ) đợc xây dựng cách sử dụng đồ thị vectơ mạch stato với giả thiết bỏ qua điện trở R4 stato Trên đồ thị có : U1: Điện áp pha lới điện, V E: sức điện động pha stato,V I1: dòng điện stato,A Xs: điện kháng stato tổng điện kháng mạch từ hoá X điện kháng cuộn dây pha U1 U.sin(  )  E  I1 Đồ thị vectơ mạch stato động đồng cña stato : Xs= X  + X1  : lµ gãc lƯch U vµ E  : gãc lƯch U1 I1 Từ đồ thị, qua biến đổi ta có : Công suất ba pha động : P = Mômen động : M= 3.E.U sin  Xs 3.E.U P  sin  1 1 X s Ta cã : MM M1  3.E.U M m 1 X s Mmax.sin   =  /2 : Mmax = 2.  M2 (*) Suy : M = Mm đặc trng cho khả tải động Khi tải tăng, góc tăng Nếu > /2 mômen giảm - Động làm việc định mức : đm= 200 ->250 M m - Hệ số tải mômen : M M 2,5 dm Những điều với động đồng cực ẩn, mômen xuất có kích từ vào rôto Còn đối víi cùc låi th× : M= M1+ M2 Khi M2= đặc tính góc động cực ẩn cực lồi nh */ Từ đây, ta thấy ảnh hởng f1 (theo đồ thị = f(M) đặc tính động đồng bé) nh sau : Xt ph¸t tõ biĨu thøc 1  2. f p , ta thÊy r»ng thay đổi tần số làm cho tốc độ từ trờng quay tốc độ động thay đổi -Xét trờng hợp tăng tần số f1>f1đm , từ (*) ta biÕn ®ỉi biĨu thøc cã : p U E Mm = 4 Ls f Khi tần f1 tăng , Mm gi¶m (víi U1, E = const) vËy : Mm tû lƯ thn víi f - Trờng hợp tần số giảm f110)Rkt) Giai đoạn động khởi động nh động không ®ång bé -Giai ®o¹n hai : Cuèi giai ®o¹n tốc độ đạt 95%->98% tốc độ đồng bộ, ta đa dòng kích từ vào rôto để tạo mômen đa tốc độ động lên đồng b/ Quá trình hÃm : Ta thờng dùng phơng pháp hÃm động Khi động quay, muốn hÃm động ta cắt stato khỏi lới điện xoay chiều đóng vào trở phụ ba pha, rôto đợc kích từ nh trớc 5/ Điều chỉnh công suất đặc tính làm việc : a/ Điều chỉnh công suất : Tải hệ tiêu dùng điện lới điện thờng thay đổi theo điều kiện sản xuất có trờng hợp tải không thay đổi nhng điều kiện vận hành lới điện mà cần thiết phải thay đổi chế độ làm việc máy phát điện, thực tế phải điều chỉnh công suất tác dụng P công suất phản kháng Q máy phát điện đồng b/ Các đặc tính làm việc động đồng : Các đặc tính động đồng làm việc với dòng điện kích tõ it= const líi ®iƯn cã U,f=const bao gåm quan hệ P1,I1, ,cos =f(P2) có dạng : .Đặc tính làm việc động đồng Pđm=500kw;600v,50Hz Cũng giống máy phát điện đồng bộ, động ®iƯn ®ång bé thêng lµm viƯc víi gãc  = 20->300 động điện đồng làm việc với cos cao íttiêu thụ Q lới điện nhờ thay đổi dòng từ hoá it Ta thấy : thiếu kích thích, động tiêu thụ công suất điện cảm lới điện ( >0) ngợc lại, kích thích, động phát công suất phản kháng vào lới điện ( 0 nhng > 60 o có giai đoạn mà van mắc thẳng hàng dẫn đồng thời Khi ta có Ud=0.ở ta vẽ cho trờng hợp