Phân tích lựa chọn các phương án truyền động

Trong cả hai trường hợp đều giảm được vật liệu chế tạo cúthể đến vài trăm tấn đối với cỏc mỏy lớn và khiến cho bản thõn mỏy và buồngđặt mỏy đều thấp hơn.Trờn cựng trục mỏy phỏt tuabin th

Mục lục.

Chơng I- Giới thiệu tổng quan về máy cắt đá thành phẩm.

I- Giới thiệu tổng quan

II- Nguyên lý hoạt động của các động cơ

III- Đồ thị công nghệ của máy

Chơng II- Yêu cầu về trang bị điện và truyền động điện.

I- Những yêu cầu đối với truyền động chính

II- Những yêu cầu đối với truyền động ăn dao

III- Những yêu cầu đối với truyền động phụ

Chơng III- Phân tích- lựa chọn các phơng án truyền động.

I-Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ điện một chiều

II- Phân tích tổng quát hệ thống chỉnh lu điều khiển

III- Phân tích các sơ đồ chỉnh lu có điều khiển

Chơng IV- Tính chọn các phần tử trong mạch lực.

I-Tính chọn van Thyristor

II- Tính máy biến áp

III- Thiết kế cuộn kháng lọc

IV- Tính mạch bảo vệ Thyristor

Chơng V- Thiết kế mạch điều khiển Thyristor.

I- Thiết kế mạch điều khiển chỉnh lu

II- Phân tích các khối trong mạch điều khiển chỉnh lu

III- Tổng hợp và thiết kế mạch điều khiển

IV- Tính chọn các phần tử trong mạch điều khiển

V- Thiết kế mạch điều khiển không tiếp điểm cho truyền động chính

Lời cảm ơn.

Sau 10 tuần làm Đồ án tốt nghiệp, dới sự hớng dẫn của thầy giáo hớng dẫn

Lu Đức Dũng và sự giúp đỡ của các thầy giáo trong Bộ môn TĐH XNCN ờng ĐH Bách Khoa- Hà Nội, em đã hoàn thành đợt làm Đồ án tốt nghiệp

Tr-1- Hiểu đợc nguyên lý hoạt động của mạng điện áp xoay chiều ba pha trongthực tế

2- Biết cách thiết kế và tính toán các phần tử trong mạch

Do thời gian có hạn và trình độ bản thân còn nhiều hạn chế nên đồ án khôngtránh khỏi những thiếu sót rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo trong Bộ môn TĐH- XNCN

Em xin chân thành cảm ơn

ĐẶT VẤN ĐỀ

Mỏy phỏt điện dự phũng để đảm bảo liờn tục cho cỏc phụ tải đặc biệt

là một yờu cầu khụng thể thiếu được trong cỏc nhà mỏy sản xuất cụng nghiệp

và cỏc cơ quan vớ dụ như: Bệnh viện, đài phỏt thanh và cỏc sinh hoạt cụngnghiệp khỏc Do vậy tỡm hiểu về những vấn đề liờn quan đến điều khiển tựđộng mỏy phỏt điện dự phũng là rất cần thiết Đối với bản đồ ỏn của tụi cầnquan tõm tới hai nội dung chớnh đú là:

1 Ổn định tốc độ động cơ sơ cấp

2 Ổn định điện áp của máy phát điện dự phòng sao cho không phụthuộc vào sự thay đổi của phụ tải và không chịu ảnh hưởng vào nguồn nănglượng cơ khí (động cơ sơ cấp)

3 Tự động chuyển đổi để máy phát dự phòng tiếp tục cung cấp điện chophụ tải khi lưới điện quốc gia mất và tự động ngừng máy phát dự phòng khilưới điện quốc gia có trở lại

Ngoài ra bản đồ án này của tôi có thể cho học sinh tìm hiểu nghiên cứu

và thực hành, vận dụng những điều đã nói ở trên thì cần phải có một mô hìnhthực hành và nội dung đồ án của tôi là xây dựng mô hình thực hành đó

Bản thuyết minh đồ án sau đây của tôi là những trình bày về quá trìnhtham gia chế tạo mô hình đó Bản thuyết minh được chia thành nhiều chương: Chương I: Giới thiệu về máy phát điện xoay chiều đồng bộ 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 của mô hình

Chương VI: Nội dung các bài thực hành

CHƯƠNG I:

MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Đối với máy phát xoay chiều ở đây ta không quan tâm nhiều về vấn đề cấutạo hay về nguyên lý làm việc mà chủ yếu ta quan tâm về những vấn đề sauđây

1 Nguồn năng lượng sơ cấp.

Điện áp do bất cứ máy phát nào phát ra đều phụ thuộc vào tốc độ quaycủa động cơ sơ cấp (n) Điều đó kéo theo tần số của điện áp cũng phụ thuộc

vào động cơ sơ cấp ( f= f(n)) Khi tốc độ quay của động cơ sơ cấp tăng thỡ tần

số của điện ỏp phỏt ra cũng tăng theo do đú đặt vấn đề phải giải quyết là phải

Động cơ điện một chiều…

1 Từ trường biến thiờn ban đầu.

Mặc dự khi cú nguồn năng lượng sơ cấp ban đầu đó đủ lớn nhưng khikhụng cú một từ trường biến thiờn ban đầu (điện ỏp kớch từ ban đầu) thỡ mỏyphỏt cũng khụng thể sinh ra được điện năng và điều quan trọng đú là giỏ trịđiện ỏp do mỏy phỏt phỏt ra phụ thuộc vào điện ỏp kớch từ ( Uf = f(u (kt))

Từ trường biến thiờn ban đầu là do từ dư của nam chõm Roto sinh ra Khiroto quay thỡ từ dư của nam chõm biến thiờn trong dây quấn Stato sinh ra mộtsực điện động biến thiờn điều hoà Sức điện động biến thiờn này đợc chỉnh lutrên dây quấn Stato ra hiện tượng cảm ứng điện từ trong lừi thộp của stato vàsinh ra một sức điện động tự cảm biến thiờn cựng tần số trong cuộn dõy stato.Tạo ra mạch ngoài một dũng điện biến thiờn cựng tần số cựng biờn độ

Khi đú một phần điện ỏp phỏt ra lại được lấy chỉnh lưu phản hồi lại đểlàm điện ỏp kớch từ nuụi cho roto khi đú roto mới trở thành nam chõm điện.Nhưng ở đõy vấn đề đặt ra đú là ổn định điện ỏp ra của mỏy phỏt

Ngoài ra đối với một mạng điện của bộ nguồn dự phũng thỡ vấn đề lớnnữa ta cần quan tõm đú là bộ chuyển đổi (ATS)

I ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ.

Máy điện đồng bộ nói chung và máy phát điện đồng bộ nói riêng được sửdụng rộng rãi trong công nghiệp Phạm vi sử dụng chính là biến đổi cơ năngthành điện năng, nghĩa là làm máy phát điện Điện năng ba pha chủ yếu dùngtrong nền kinh tế quốc dân và trong đời sống Được sản xuất từ các nhà máyphát điện quay tuabin hơi hoặc khí nước.

Ngoài ra máy điện đồng bộ còn được làm động cơ đặc biệt trong các thiết

bị lớn vì chúng có khả năng phát ra công suất phản kháng

1 Phân loại.

Theo kết cấu có thể chia máy phát điện đồng bộ thành hai loại: Máy phátđiện đồng bộ cực ẩn thích hợp với tốc độ quay cao (số cực 2p = 2) và máyphát điện đồng bộ cực lồi thích hợp khi tốc độ quay thấp (2p ¿ 4)

Theo chức năng, có thể chia máy phát điện đồng bộ thành các loại chủ yếusau:

a Máy phát điện đồng bộ

Máy phát điện đồng bộ thường được kéo bởi tuabin hơi hoặc tuabinnước và được gọi là máy phát tuabin hơi hoặc máy phát tuabin nước Máyphát tuabin hơi có tốc độ quay cao, do đó được chế tạo theo kiểu cực ẩn và

có trục máy đặt nằm ngang Máy phát điện tuabin nước thường có tốc độquay thấp nên có kết cấu theo kiểu cực lồi và nối chung trục máy được đặtthẳng đứng Trong trường hợp máy phát điện có công suất nhỏ và cần diđộng thì thường dùng động cơ điezen làm động cơ sơ cấp và được gọi làmáy phát điện điêzen Máy phát điện điêzen thường có cấu tạo cực lồi

a Kết cấu của mỏy động bộ cực ẩn.

Rụto của mỏy đồng bộ cực ẩn làm bằng thộp hợp kim chất lượng cao,được rốn thành khối hỡnh trụ, sau đú gia cụng và phay rónh để đặt dõy quấnkớch từ Phần khụng phay rónh của rụto hỡnh thành mặt cực từ

Cỏc mỏy điện đồng bộ hiện đại cực ẩn thường được chế tạo với số cực 2p = 2,tốc độ quay của rụto là 3000 vg/ph và để hạn chế lực li tõm, trong phạm vi an toànđối với thộp hợp kim chế tạo thành lừi thộp rụto, đường kớnh của rụto khụngvượt quỏ 1,1ữ1,15m Để tăng cụng suất mỏy, chỉ cú thể tăng chiều dài l củarụto Chiều dài tối đa của rụto khoảng 6,5m

Dõy quấn kớch từ đặt trong rónh rụto được chế tạo từ dõy đồng trần tiếtdiện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành cỏc bối dõy đồng tõm Cỏc vũngdõy của bối dõy này được cỏch điện với nhau bằng một lớp mica mỏng Để cốđịnh và ộp chặt dõy quấn kớch từ trong rónh, miệng rónh được nờm kớn bởi cỏcthanh nờm bằng thộp khụng từ tớnh Phần đầu nối nằm ngoài rónh của dõyquấn kớch từ được đai chặt bằng cỏc ống khụng từ tớnh

Hai đầu của dõy quấn kớch từ đi luồn trong trục và nối với hai vành trượtđặt ở đầu trục thụng qua hai chổi điện để nối với dũng kớch từ một chiều.Mỏy kớch từ này thường được nối trục với trục mỏy đồng bộ hoặc cú trụcvới trục của mỏy đồng bộ

Stato của mỏy đồng bộ cực ẩn bao gồm lừi thộp, trong cú đặt dõy quấn bapha và than mỏy, nắp mỏy Lừi thộp stato được ộp bằng cac lỏ tụn silic dày0,5mm, hai mặt cú phủ sơn cỏch điện dọc chiều dài lừi thộp stato cứ cỏchkhoảng 3 ¿ 6 cm lại cú một rónh thụng giú ngang trục, rộng 10 mm Lừi thộpstato được đặt cố định trong thõn mỏy Trong cỏc mỏy đồng bộ cụng suấttrung bỡnh, than mỏy được chế tạo kiểu kết cấu khung thộp, mặt ngoài bọcbằng cỏc tấm thộp dỏt dầy.Thõn mỏy phải thiết kế và chế tạo để sao cho trong

nú hỡnh thành hệ thống đường thụng giú làm lạnh mỏy điện Nắp mỏy cũng

được chế tạo từ thép tấm hoặc từ gang đúc Ở các máy đồng bộ công suấttrung bình và lớn ổ trục không đặt ở nắp máy mà ở giá đỡ ổ trục đặt cố địnhtrên bệ máy.

b Kết cấu của máy đồng bộ cực lồi

Máy đồng bộ cực lồi thường có tốc độ quay thấp, vì vậy khác với máyđồng bộ cực ẩn, đường kính rôto D của nó có thể lớn tới 15 m trong khi chiềudài l lại nhỏ với tỷ lệ 1/D = 0,15 ÷ 0,2

Rôto của máy điện cực lồi công suất nhỏ và trung bình có lõi thép được cấutạo bằng thép đúc và gia công thành khối lăng trụ hoặc hình trụ trên mặt có đặtcác cực từ ở các máy lớn, lõi thép đó được hình thành bởi các tấm thép dày 1

¿ 6 mm, được dập hoặc đúc định hình sẵn để ghép thành các khối lăng trụ vàlõi thép này thường không trực tiếp lồng vào trục máy mà được đặt trên giá đỡcủa rôto Giá này lồng vào trục máy Cùc đặt trên lõi thép rôto được ghép bằngnhững lá thép dày 1÷1,5 mm

Việc xác định cực từ trên lõi thép được thực hiện nhờ đuôi hình T hoặcbằng các đuôi hình bulông xuyên qua mặt cực và vít chặt vào lõi thép rôto.Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn uốntheo chiều mỏng thành từng quộn dây Cách điện giữa các vòng dây là các lớpmica hoặc amiăng Các cuộn dây sau khi đã gia công được lồng vào các cuộcthan cực

Dây quấn cản (trường hợp này máy phát đồng bộ) hoặc dây quấn mở máy(trường hợp dộng cơ dồng bộ) được đặt trên các dầu cực Các dây quấn nàygiống như dây quấn kiểu lồng sóc của máy điện không đồng bộ, nghĩa là làmbằng các thanh đồng đặt vào các đầu cực và được nối hai đầu bởi hai vòngngắn mạch

Dây quấn mở máy chỉ khác dây quấn cản ở chỗ điện trở các thanh dẫn của

nó lớn hơn

Stato của máy đồng bộ cực lồi có cấu tạo tương tự như của máy dồng bộ cực ẩn.Trục của máy đồng bộ có thể đặt nằm ngang như ở các động cơ đồng bộ,máy bù đồng bộ, máy phát diện điêzen hoặc máy phát tuabin nước công suấtnhỏ và tốc độ quay tương đối lớn (khoảng trên 200 vg/ph) Ở trường hợp máyphát tuabin nước,tuabin nước công suất lớn, tốc dộ chậm, trục của máy đượcđặt thẳng đứng Khi trục của máy được đặt thẳng đứng, trọng ổ trục đỡ rấtquan Nếu ổ trục đỡ đặt ở đầu trên của trục thì máy thuộc kiểu treo, còn nếuđặt ở đầu dưới của trục thì máy thuộc kiểu dù.

Ở máy phát tuabin nước kiểu treo, xà đỡ trên tựa vào than máy, do đótương đối dài và phải rất khẻo vì nó chịu toàn bộ trọng lượng của rôto máyphát, rôto tuabin nước và xung lực của nước đi vào tuabin Như vậy kíchthước xà đỡ trên rất lớn tốn nhiều sắt thép, đồng thời bản thân máy cũng caolớn do đó tăng chi phí xây dựng buồng đặt máy Ở máy phát tuốcbin nướckiểu dù, ổ đỡ trục nằm trên xà dưới Xà đỡ dưới được cố định trên nền củagian máy, do đó ngắn hơn và ở một số máy, ổ trục đỡ được đặt ngay trên nắpcủa tuabin nước Trong cả hai trường hợp đều giảm được vật liệu chế tạo (cóthể đến vài trăm tấn đối với các máy lớn) và khiến cho bản thân máy và buồngđặt máy đều thấp hơn

Trên cùng trục máy phát tuabin thường có đặt them các máy phụ - máykích thích, để cung cấp dòng diện một chiều cho cực từ cuả máy phát đồng bộ

và máy phát điều chỉnh để làm nguồn cung cấp điện cho bộ điều chỉnh tự độngcủa tuabin

Điều chỉnh điện áp máy phát ta điều chỉnh dòng kích từ Id dẫn đến từ thông

và điện trường thay đổi, ta sẽ điều chỉnh được điện áp

Ta điều chỉnh tần số thì ta điều chỉnh tốc độ của động cơ sơ cấp ( tuabinnước, khí, dầu, gió)

Ta điều chỉnh công suất máy phát ta phải điều chỉnh công suất điện từ, tức

là ta điều chỉnh góc θ giữa U và E0 Muốn điều chỉnh góc θ ta phải điềuchỉnh công suất của động cơ sơ cấp

Như điều chỉnh công suất của máy phát liên quan đến tần số máy phát, tađiều chỉnh dòng kích từ E0 thay đó góc giữa U và I thay đổi công suất thayđổi, công suất phản kháng thay đổi

Việc điều chỉnh công suất phản kháng liên quan đến điện áp máy phát ra.+ Điều kiện làm việc song song của máy phát

+UF = Ul

+ fF = fl

+ Thứ tự pha giống nhau

+ UF, Ul trùng pha nhau

+ F: máy phát, l: lưới điện

3 Nguyên lý làm việc của máy phát.

Máy phát biến đổi cơ năng thành điện năng do đó ta phải dùng động

cơ sơ cấp quay rôto với tốc độ n vì rôto là nam châm điện nên cảm ứngtrong dây quấn stato suất điện động 3 pha eA, eB, eC

Trị số hiệu dụng suất điện động 1 pha

Khi máy phát mang tải (mạch ngoài kín) trong dây quấn dòng điện 3pha tạo ra một từ trường quay n1= n.

4 Phương trình và các quan hệ điện từ.

4.1 Phương trình của máy điện dồng bộ

a Phản ứng phần ứng

Khi stato có dây điện, dòng điện stato (phần ứng) tạo ra từ trường gọi là

từ trường phần ứng Tác dụng của từ trường phần ứng làm từ trường phần cảmcủa rôto gọi là phản ứng phần ứng.Tuỳ theo tính chất của tải mà phản ứngphần ứng khác nhau

+ Tải thuần dung

0 của cực từ cảm ứng suất diện động E0 ở stato, E0 chậm sau 0 mộtgóc π /2 tải thuần dung nên dòng stato Id vượt trước E0 một góc 900

Id sinh ra từ trường phần ứng, ưd trùng pha nhau sinh ra suất điện động tải thuần dung phản ứng phần ứng dọc trục (ud, 0 cùng trục), trợ từ (ud cùng chiều 0)

+ Tải thuần cảm: Tương tự như tải thuần dung nhưng tải thuần cảmdùng stato Id chậm sau E0 một góc 900, ta cs đồ thị véctơ

Tải thuần trở thì phản cảm ứng ngang trục

+ Tải bất kỳ: Dòng điện stato I ta phân làm hai thành phần I = Id + In

In:gây ra phản ứng phần ứng ngang trục

Id: Gây ra phản ứng cảm ứng đồng trục(trợ từ hay khử từ) tuỳ thuộc vàotải mang tính chất tương ứng.

Trợ từ mang tính chất điện dung

=-Đối với m¸y phát điện ta có sơ đồ như sau

R: là điện trở dây quấn phản ứng phần ứng stato Trong nhiều trườnghợp ta bỏ qua R vậy ta có ∑E=U

Như đã biết về sự cân bằng năng lượng của máy điện đồng bộ, khi làmviệc, trong máy có các tổn hao đồng, tổn hao sắt, tổn hao kích từ, tổn hao phụ

và tổn hao cơ

Tổn hao dồng là công suất mất mát trên dây quấn phần tĩnh với giả thiết

là mật độ dòng điện phân bố đều trên tiết diện của dây dẫn.Tổn hao này phụthuộc vào trị số mật độ dòng điện, trọng lượng đồng và thường được tính ởnhiệt độ 75oC

Tổn hao sắt từ là công suất mất mát trên mạch từ (gông và răng) do từtrường biến đổi hình sin(ứng với tần số f1) Tổn hao này phụ thuộc vào trị sốcủa từ cảm, tần số, trọng lượng lõi thép, chất lượng của tôn silic, trình độ côngnghệ chế tạo lõi thép

Tổn hao kích từ là công suất tổn hao trên điện trở của dây quấn kích thích

và của các chổi than Nếu máy kích thích đặt trên trục của máy đồng bộ thìcông suất tổn hao trên phải chia cho hiệu suất của máy kích thích

Tổn hao phụ bao gồm các phần sau:

a.Tổn hao phụ do dòng điện xoáy ở các thanh dẫn của dây quấn stato vàcác bộ phận khác của máy với tác dụng của từ trường tản do dòng điện phầnứng sinh ra

b.Tổn hao ở bề mặt cực từ hoặc ở bề mặt cực từ lõi thép rôto của máy cực

ẩn do stato có rãnh và như vậy từ cảm khe hở có song điều hoà răng Do tácdụng màn chắn của dòng xoáy, ở sâu trong lõi thép không có tổn hao này.c.Tổn hao ở răng của stato do sự đập mạch ngang và dọc của từ thongchính và do các song điều hoà bậc cao với tấn số khác ft

Tổn hao cơ bao gồm:

1.Tổn hao công suất cần thiết để đưa không khíhoặc các chất làm lạnhkhác vào các bộ phận của máy

2.Tổn hao công suất do ma sát ở ổ trục và ở bề mặt rôto và stato khi rôtoquay trong môi chất làm lạnh (không khí,…).

ë các máy điện đồng bộ công suất và tốc độ quay khác nhau, tỉ lệ phânphối các tổn hao nối trên không giống nhau Trong các máy đồng bộ bốn cựccông suất trung bình, tổn hao đồng trong dây quấn phần tĩnh và dây quấn kích

từ chiếm tới khoảng 65% tổng tổn hao.Trong khi đó tổn hao trong lõi thépstato (kể cả tổn hao chính và phụ) chỉ chiếm khoảng 14% Trong máy pháttuabin nước công suất lớn, tốc độ chậm thì tổn hao trong dây quấn phần tĩnh

và trong dây quấn kích từ chiếm khoảng 35%, còn tổn hao trong lõi thép statothì chiếm tới 37%.Trong trường hợp này, để giảm bớt tổn hao trong lõi thépstato nên dùng tôn silic có suất tổn hao nhỏ Tổn hao phụ có thể chiếm tớikhoảng 11% đối với máy phát tuabin nước, trong đó chủ yếu là tổn hao bềmặt và tổn hao đập mạch vào khoảng 18% đối với máy phát tuabin hơi và ởđây khác với trường hợp máy phát tuabin hơi và ở đây khác với trường hợp máyphát tuabin nước, tổn hao phụ trong dây đồng của stato là chủ yếu Để giảm bớttổn hao phụ trong các máy công suất lớn thường dùng các biện pháp sau:

a.Chia dây dẫn theo chiều cao của rãnh thành nhiều dây đồng bẹt dàykhoảng 4 ÷ 5 mm và hoán vị vj trí của chúng ở trong rãnh (đôi khi cả ở phầndầu nối) sao cho dọc chiều dài của rãnh mỗi dây đồng bẹt đều nằm ở tất cảcác vị trí từ phía đáy rãnh lên phía miệng rãnh

b.Chế tạo các vành ép lõi thép stato, vành đai đầu nối của rôto bằng thépkhông từ tính

c.Tiện xoáy ốc bề mặt rôto của máy phát tuabinhơi

Hiệu suất của máy phát điện đồng bộ được xác định bằng biểu thức:

 =

P z

P z+∑P

Trong đó: Pz : công suất đầu ra của máy;

p: tổng tổn hao trong máy

Hiệu suất của các máy phát đồng bộ làm lạnh bằng không khí công suấto,5 ÷ 3000 kw vào khoảng 92 ÷ 95%; công suất 3,5 ÷ 100000kw vào khoảng

95 ÷ 97,8% Nếu làm lạnh bằng hyđrôgen thì hiệu suất cũng có thể tăngkhoảng o,8%

III ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT

PHẢN KHÁNG CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ.

Tải của hộ dùng điện trong lưới điện thường luôn thay đổi theo điềukiện của sản xuất hoặc cũng có thể có trường hợp tuy tải không thay đổinhưng do điều kiện vận hành của lưới điện mà cần thiếtphải thay đổi chế độlàm việc của các máy phát điện, do đó trên thực tế phải điều chỉnh công suấttác dụng P và công suất phản kháng Q của máy phát điện đồng bộ

Ta hãy xét vấn đề ở hai trường hợp điển hình Trường họp thứ nhất làtrường máy phát điện làm việc trong hệ thống điện lực có công suất vô cùnglớn với U.f=const, hay nói cách khác đi tổng công suất của các máy phát điệnđang làm việc song song trong hệ thống rất lớn so với công suấtcủa máy phátđiện đang được xét, do đó việc điều chỉnh P và Q của máy phát điện đókhông làm thay đổi U, f của hệ thống điện Trường hợp thứ hai là trường hợpchỉ có hai hoặc nhiều máy phát điện công suất tương tựlàm việc song song và

sự thay đỏi chế độ làm vệc của một máy sẽ làm thay đổi U, f chung của cảcác máy phát điện đó

1 Điều chỉnh công suất tác dụng P của máy phát điện đồng bộ

a Trường hợp máy phát điện làm việc trong hệ thống điện công suất vôcung lớn

Ở trường hợp này U và f là không đổi nên nếu giữ dòng điện kích thích it

không dổi thì E là hằng số và theo biểu thức (24-11) thì P là hàm số của góc θvcà đường biểu diễn của nó có dạng như đã biết trên hình24-9 Ở chế độ làmviệc xác lập công suất tác dụng P của máy ứng với góc θ nhất địng phải cânbằng với công suất cơ trên trục làm quay máy phát điện Đường biểu diễncông suất cơ của động cơ sơ cấp được biểu thị bằng đường thẳng song songvới trục ngang và cắt đặc tính góc ở

điểm A trên hình 27-4.Như vậy muốn điều chỉnh công suất tác dụngPcủa máy phát thì phải thay đổi góc θ nghĩa là giao điểm A bằng cách thayđổi công suất cơ trên trục máy

Công suất tác dụnh cực đại Pm mà máy phát điện có thể cung cấp cho hệthống điện ứng với khi dP/dθ = 0 Áp dụng điều kiện đó đói với biểu thức(24-11) của máy phát đồng bộ cực ẩn suy ra được θm = 90 o và:

Khi điều chỉnh công suất tác dụng cần chú ý ră ngf máy phát điện đồng

bộ chỉ làm việc ổn định tĩnh khi 0< θ <θm Để thấy rõ điều đó, giả sử rằngmáy đang làm việc ở giao điểm A ứng với θ1 < θm Nếu do một nguyên nhânnào đó công suất cơ Pcơ của động cơ sơ cấp tăng lên trong một thời gian ngắnsau đó lại trở về trị số ban đầu thì rôto của các máy phát điện sẽ quay nhanh

lên Như vậy góc θ sẽ tăng thêm +∆θ và tương ứng công suất P sẽ tăng thêmθ và tương ứng công suất P sẽ tăng thêm

∆θ và tương ứng công suất P sẽ tăng thêmP Vì lúc đó công suất cơ Pcơ đã trở về trị số ban đầu nên P+∆θ và tương ứng công suất P sẽ tăng thêmP >PPcơ, kết quả

là rôto sẽ bị ghìm và máy phát điện trở lại làm việc ở góc θ ban đầu sau vàichu kỳ giao động Trái lại nếu máy phát điện làm việc xác lập ở θ2 >P θm , ví

dụ ở điểm Btrên hình 27-4 thì khi công suất cơ thay đổi trên, góc θ tăng thêm

∆θ và tương ứng công suất P sẽ tăng thêmθ sẽ làm cho P của máy phát điện giảm, như vậy: P < Pcơ , kết quả là rôtoquay nhanh them, góc θ càng tăng và máy phát điện sẽ mất đồng bộ với lướiđiện

Từ những điều nói trên ta thấy rằng, khi điều chỉnh công suất tác dụng

mà muốn giữ cho máy phát điện làm việc ổn định thì phải có điều kiện sau:

dP

dθ>0 Trong đó dP/dθ được gọi là công suất chỉnh bộ đặc trưng cho khả nănggiữ cho máy làm việc đồng bộ trong lưới điện và được ký hiệu bằng Pcb

Từ các biểu thức (24-13) ,(24-15) suy ra được hệ số công suất chỉnh bộđối với máy cực lồi:

Trên thực tế vận hành, để đề phòng trường hợp U hoặc E giảm hoặcnhững nguyên nhân khác làm cho công suất P đưa ra lưới điện giảm thoe

nhưng vẫn duy trì được đồng bộ, máy phát điện thường làm việc với côngsuất định mức Pdm ứng với θ <300.

Như vấy khả năng quá tải của máy phát điện đồng bộ được xác định tỷsố:

km =

P m

P dm gọi là hệ số khả năng quá tải

Đối với máy cực ẩn km =

1

sin θ dm

Theo quy định thì cần đảm bảo km >P1,7 và muốn như vậy thì máy phải

có tỷ số ngắn mạch K lớn, nghĩa là xd phải nhỏ (hoặc khe hở lớn)

Cần chú ý rằng khi điều chỉnh công suất tác dụng, do θ thay đổi nêncông suất phản kháng cũng thay đổi theo

b.Trường hợp máy phát điện công suất tương tự làm việc song song.Giả sử có hai máy phát điện công suất bằng nhau làm việc song song Ởtrường hợp này, trong điều kiện tải của lưới điện không đổi khi tăng côngsuất tác dụng của máy mà không giảm tương ứng công suất tác dụng của máykia thì tần số của lưới điện sẽ thay đổi cho đến khi có sự cân bằng mới vàkhiến cho hộ dùng điện phải làm việc trong tần số khác định mức Vì vậy, đểcho f = const khi tăng công suất tác dụng của một máy thì phải giảm côngsuất tác dụng của máy kia Chính cũng bằng cách đó mà có thể thay đổi sựphân phối công suất tác dụng giữa hai máy

2 Điều chỉnh công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ

Ta hãy xét việc điều chỉnh công suất phản kháng của máy điện đồng bộlàm việc ttrong lưới điện vô cùng lớn (U,f = const) khi công suất tác dụng cuảmáy được giữ không đổi

Giả sử máy có cực ẩn và để đơn giản, bỏ qua tổn hao trên dây quấnphần ứng (ru =0)

Vì P = mUIcosφ là không đổi, và với điều kiện U = const nên khi thauđổi Q, mút của vectơ I luôn nằm trên một đường thẳng, thẳng góc với U Vớimỗi trị số của I sẽ có một trị số của cosφ và đò thị véctơ suất điênđộng tươngứng sẽ xác định được độ lớn của véctơ E, từ đó suy ra được dòng điện kíchthích it cần thiết để sinh ra E Cũng cần chú ý rằng, P = mUIsinθ/xd =

Pl =const, trong đó U, xd không đổi nên P =Esinθ = OB = const và mút cuảvéctơ E luôn nằm trên đường thẳng thẳng góc với OB

Kết quả phân tích cho thấy rằng, muốn diều chỉnh công suất phản kháng

Q thì phải thay đổi dòng điện kích thích it của máy phát điện

CHƯƠNG II:

ỔN ĐỊNH TẦN SỐ ĐIỆN ÁP MÁY PHÁT

CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ SƠ CẤP

Trong công nghiệp cũng như trong đời sống người ta có rất nhiều cách để

có thể phát ra điện năng, trong công nghiệp hiện đại người ta sử dụng cácnguồn cơ năng có sức mạnh như lµ:

Nhà máy thuỷ điện thì sử dụng sức nước để làm quay Tuabin nước Nhàmáy nhiệt điện thì sử dụng nhiệt lượng làm quay Tuabin hơi, hay một sốtrường hợp sử dụng sức gió làm quay Tuabin cũng để làm sinh ra điện năng…Trong trường hợp người ta muốn cung cấp cho tải có công suất nhỏ và yêucầu phải thường xuyên lưu động thì người ta có thể dùng động cơ điện mộtchiều làm động cơ sơ cấp

Trong trường hợp này tôi dùng động cơ điện một chiều làm động cơ sơcấp là vì:

Ta có thể điều chỉnh tốc độ của động cơ một cách dễ dàng và Ở đây là một

mô hình thực hành cho nên để tránh cồng cềnh, gây ra nhiều tiếng ồn và có thểvận chuyển lưu động được cho nên tôi quyết định sử dụng động cơ điện mộtchiều làm động cơ sơ cấp

Ngoài ra không chỉ vì lý do trên mà lý do cơ bản nhất đó là ưu điểm củađộng cơ điện một chiều Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ điện một chiềuđược coi là một loại máy quan trọng Động cơ điện một chiều có đặc tính điềuchỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy máy được dùng nhiều trong những nghành côngnghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ …Điều này rất có lợi cho nhữngtải có công suất nhỏ và không ổn định như ở mô hình này Chính vì vậy mà tôiquyết định dùng động cơ điện làm động cơ sơ cấp

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

I Cấu tạo và nguyên lý lám việc.

1 Nguyên lý làm việc.

- Nguyên lí làm việc của máy điện một chiều không khác nguyên lý làmviệc của máy điện xoay chiều, chỉ khác máy điện một chiều là có thêm bộphận chỉnh lưu có khi gọi là vành đổi chiều (vành góp).

2 Máy điện một chiều chia làm ba phần chính.

1) Phần cảm-stato Để tạo từ trường cho máy

a Cực từ chính: Gồm có lõi thép và dây quấn kích từ.Trong đó có dòngmột chiều ta gọi là dòng kích từ để tạo ra từ trường cho máy

b Cực từ phụ Để cải thiện tia lửa điện giữa chổi than và vành đổichiều Gồm có lõi thép và dây quấn cực từ phụ nối tiếp với dây quấn phầnứng

c Vỏ máy: Ngoài nhiệm vụ bảo vệ các chi tiết bên trong và chịu lựccòn dùng để dẫn từ vì vậy vỏ máy được làm bằng thép đúc hoặc bằng théphàn

3 Mở máy

Khi mở máy tốc mở máy ban đầu n0 thì Eu =0, dòng điện khi mở máy phần

ứng Iumở =

U

Ru nên dòng điện mpử máy rất lớn Imở = (5 ¿ 10) Idm Để giảmdòng mở máy thì trong mạch phần ứng ta nối tiếp biến trở Rm Dođó khi mởmáy ta để Rm ở giá trị max khi mở song ta đưa Rm = 0 để giảm tổn hao Vì

vậy khi mở máy có Iumở =

Rp thì động cơ thay đổi dược tốc độ

Đặc điểm: tổn hao lơn vì Iu lớn

Ta chỉ tăng được điên trở mạch phần ứng nên chỉ giảm được tốc độ,

b Thay đổi tôc độ:

Muốn thay đổi điện áp U thì ta phải dùng bộ nguồncó thể thay đổi điện

áp U

Ví dụ: bộ chỉnh lưu dùng tổ hợp: đọng cơ không đồng bộ +máyphát kích từ độc lập+máy phát kích từ+động cơ điện

Đặc điểm: Ta chỉ giảm được điện áp Unên chỉ giảm được tốc độ

c Thay đổi điện trở kích từ

Để thay đổi điện trở kích từ trong mạch kích từ ta nối tiếp biến trở Rdc

Khi thay đổi Rdc thì Ikt thay đổi, thay đổi và tốc độ động cơ thay đổi Đặc điểm: + tổn hao ít vì Ikt nhỏ

+ Phạm vi điều khiển rộng

Ta chỉ tăng được điện trở mạch kích từ nên chỉ giảm được Ikt và .Do đóchỉ tăng được tốc độ

Động cơ điện một chiều có ưu điểm là việc điều chỉnh tốc độ đơn giản,phạm vi điều chỉnh rộng

II Đặc tính cơ và mạch chỉnh lưu điều khiển.

1 Đặc tính cơ.

Ta xét quan hệ n=f(m) khi giữ U không đổi, Rkt không đổi

Từ phương trình ta có n=

U Ke.φ -

Ru Keφ Iu

Và M=Km..Iu tat hay Iu vào n được:

a Động cơ kích từ song song

Do U,Rkt không đổi nên Ikt=

U Rkt không đổi

Do đó  không đổi biểu thức(1) có dạng:

Me : mô men cản của máy công cụ, đặc tính cơ thay đổi

a =

U

ke.φ thay đổi b không đổi

- Đặc tính cơ thay đổi điện trở mạch phần ứng a không đổi

Nếu  tỷ lệ với Iktn cũng tỷ lệ với Iu

Ta có :  = u.k.Iu ta thay vào mômen thì ta có

M = Km.k φ Iu

2

: mômen (M) tỷ lệ với I2

u nên động cơ kích từ nối tiếp

có khả năng quá tải lớn

Nếu động cơ quá tải hai lần thì :Me = M tăng hai lần = 2M, nhưng Iu

tăng lên √2 lần Vì vậy động cơ kích từ nối tiếp được dùng nhiều tronggiao thông

dễ gây cháy ổ bi.

+ Không được dùng đai truyền đối với động cơ khi nối tiếp vìđai truyền làm tốc độ động cơ tăng lên

2 Mạch chỉnh lưu điều khiển.

Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ sơ cấp.

Nguyên lý hoạt động :

Tín hiệu đồng pha được lấy từ BA đồng pha sau chỉnh lưu có dạngđập mạch âm Đập mạch âm này qua R1 được cộng tín hiệu với một phân ápdương U0 do ta đặt một phân áp R2 và R3 tạo ra Vì vậy tín hiệu đập mạchđược đẩy nên được một đoạn U0 (UB) Tín hiệu cộng này được đưa vào T1 Tại những điểm đập mạch bị đẩy lên (+) nólàm T1 mở, làm thế tại C=0 Khihết đoạn đập mạch bị đẩy lên dương, đến phần âm làm T1 khoá lên thế tại

C = +nguồn Vậy từ tín hiệu đập mạch âm qua T1 ta nhận được một xung vuôngtại C Xung vuông này được đưa vào T2 (thuận) Tại những điểm xung vuông

ở đất làm T2 mở, tụ C1 được nạp đoạn xung vuông dương T2 khoá, lúc này C1

xả theo đường : + C1 → T2 → VR → R7 → (- 12) qua nguồn về đất.Vậy là tại D ta nhận được một xung răng cưa Xung răng cưa này được đưavào so sánh với tín hiệu chủ đạo do khâu tổng hợp tín hiệu đưa ra Tại nhữngthời điểm xung răng cưa lớn hơn Ucđ đầu ra khâu so sánh ta nhận được là 0.Tại những điển xung răng cưa nhỏ hơn Ucđ đầu ra so sánh ta nhận được +12.Vậy là đầu ra khâu so sánh ta nhận được xung vuông có độ rộng thay đổiđược nhờ thay đổi Ucđ Xung vuông này được đưa qua tụ nối tiếp C2 Đây là

tụ vi phân vì vậy đầu ra ta nhận được một xung kim Xung kim này được đưavào khâu khuếch đại và cách ly để đi điều khiển Thyristor

Nguyên lý phản hồi âm tốc độ.

Ở đây ta sử dụng một khâu cộng tín hiệu điều khiển để tổng hợp đặt và tín

hiệu phản hồi Khi đó Udk = - (

R15

R14U dat+R15

R17U ph

) Khi ta dùng chiết áp đặtđược tốc độ của động cơ như mong muốn Nếu vì một lý do nào đó mà làmcho tốc độ của động cơ bị giảm xuống khi đó làm cho Uph do phát tốc phát ragiảm khi đó làm cho Udk tăng thì làm cho góc mở của Thyristor giảm khi đóđiện áp đặt lên động cơ tăng kéo theo tốc độ động cơ tăng lên