Tìm hiểu về máy phát điện xoay chiều đồng bộ

55 543 1
Tìm hiểu về máy phát điện xoay chiều đồng bộ

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Tìm hiểu về máy phát điện xoay chiều đồng bộ

Mục lục Chơng I- Giới thiệu tổng quan máy cắt đá thành phẩm I- Giới thiệu tổng quan II- Nguyên lý hoạt động động III- Đồ thị công nghệ máy Chơng II- Yêu cầu trang bị điện truyền động điện I- Những yêu cầu truyền động II- Những yêu cầu truyền động ăn dao III- Những yêu cầu truyền động phụ Chơng III- Phân tích- lựa chọn phơng án truyền động I-Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng động điện chiều II- Phân tích tổng quát hệ thống chỉnh lu điều khiển III- Phân tích sơ đồ chỉnh lu có điều khiển Chơng IV- Tính chọn phần tử mạch lùc I-TÝnh chän van Thyristor II- TÝnh m¸y biÕn ¸p 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 khối mạch điều khiển chỉnh lu III- Tổng hợp thiết kế mạch điều khiển IV- Tính chọn phần tử mạch điều khiển V- Thiết kế mạch điều khiển không tiếp điểm cho truyền động Lời cảm ơn Sau 10 tuần làm Đồ ¸n tèt nghiƯp, díi sù híng dÉn cđa thÇy gi¸o hớng dẫn Lu Đức Dũng giúp đỡ thầy giáo Bộ môn TĐH XNCN Trờng ĐH Bách Khoa- Hà Nội, em đà hoàn thành đợt làm Đồ án tốt nghiệp 1- Hiểu đợc nguyên lý hoạt động mạng điện áp xoay chiều ba pha thực tế 2- Biết cách thiết kế tính toán phần tử mạch Do thời gian có hạn trình độ thân nhiều hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót mong đóng góp ý kiến thầy giáo Bộ môn TĐH- XNCN Em xin chân thành cảm ơn 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 công 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 hai 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 phòng 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 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: Nội dung thực hành 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 vấn đề sau 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 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 giá trị điện áp máy phát phát phụ thuộc vào điện áp kích từ ( Uf = f(u (kt)) Từ trường biến thiên ban đầu từ dư nam châm Roto sinh Khi roto quay từ dư nam châm biến thiên d©y quÊn Stato sinh sực điện động biến thiên điều hoà Sức điện động biến thiên ny đợc chỉnh lu dây quấn Stato hin tượng cảm ứng điện từ lõi thép 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 roto trở thành nam châm điện Nhưng vấn đề đặt ổn định điện áp máy phát Ngoài mạng điện nguồn dự phịng vấn đề lớn ta cần quan tâm 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 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 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 3000 vg/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 rơto 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 cơng suất trung bình, than máy chế tạo kiểu kết cấu khung thép, mặt bọc thép dát dầy.Thân máy phải thiết kế chế tạo ®Ĩ 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 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 Rơto 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 Cùc đặt lõi thép rôto ghép thép dày 1÷1,5 mm Việc xác định cực từ lõi thép thực nhờ đuôi 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 không 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) Ở 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, cịn 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 rôto 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 dòng 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 I d dẫn đến từ thơng 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 cơng 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 + 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.φ W: số vòng pha f= p.n 60 f: tần số n: tốc độ rôto p: số đối cực k.dq: hệ số dây quấn Φ0: từ trường cực Khi máy phát mang tải (mạch ngồi kín) dây quấn dòng điện pha tạo từ trường quay n1= n Phương trình quan hệ điện từ 4.1 Phương trình máy điện dồng a Phản ứng phần ứng Khi stato có dây điện, dòng 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 Φ0 cực từ cảm ứng suất diện động E stato, E0 chậm sau Φ0 góc π /2 tải dung nên dòng stato Id vượt trước E0 góc 900 Id sinh từ trường phần ứng, Φưd trùng pha sinh suất điện động tải dung phản ứng phần ứng dọc trục (Φud, Φ0 trục), trợ từ (Φud chiều Φ0) + Tải cảm: Tương tự tải dung tải cảm dùng stato Id chậm sau E0 góc 900, ta cs đồ thị véctơ Eud = - j.nud.Id Tải cảm phản ứng phần ứng dọc trục khử từ (Φud ngược chiều Φ0) 10 Nguyên lý: - Ổn định điện áp tải thay đổi cách tự động thay đổi điện áp kích từ Để tự động thay đổi điện áp kích từ người ta lấy từ phản hồi áp phản hồi dòng - Phản hồi áp lấy pha - Phản hồi dịng lấy pha cịn lại → Có phương án ổn định điện áp: + Động kích từ theo chu kì, thay đổi thời gian dịng cắt kích từ tuỳ vào điện áp pháp + Động kích từ liên tục: Phương án người ta thay đổi giá trị điện áp đặt lên kích từ cách liên tục + Băm xung áp kích từ * Tự động chuyển đổi (tự kích từ): ban đầu lấy từ dư máy phát để kích từ cho máy phát, máy phát phát lấy ln điện áp phát làm nguồn ni kích từ máy phát Khối tự động chuyển đổi ATS: 41 Ngun lý: - Khi có điện áp lưới điện áp cấp cho tải lấy từ lưới - Khi điện lưới bị máy phát tự động khởi động, không cáp điện áp cho tải mà chờ vài giây tuỳ theo đặt, điện áp cấp cho tải Khi có điện áp lưới trở lại máy phát cắt tự động → điện áp lưới cấp cho tải 42 CHƯƠNG VI: NỘI DUNG CÁC BÀI THỰC HÀNH A-Mô tả thiết bị: Bộ thực hành gồm khối: I - Khối đối tượng điều khiển máy điện xoay chiều Khối hệ thống gồm có bệ máy(Saxsi) thép góc, cố định xuống sàn nhà đai ốc(buloon) Trên bệ máy có động sơ cấp( ĐSC ) nối trục với máy phát điện xoay chiều pha( F3 ), máy phát điện xoay chiếu pha ( F1 ) Dùng 1động chiều kích từ độc lập để làm ĐSC Phía trước bệ máy mặt máy ( Tablo ) làm bặng mica suốt , có khung sắt sơn tĩnh điện Trên mặt mica in lưới hình vẽ tham số phần tử II - Khối nguồn Khối hộp :khung sắt , sơn tĩnh điện , mặt mica suốt , in lưới hình vẽ tham số phần tử Trong hộp có chứa loại nguồn cấn thiết cung cấp cho mạch động lực mạch điều khiển thực hành máy phát điện xoay chiều pha pha III - Khối phần tử chấp hành điều khiển Tuỳ theo yêu cầu người đặt hang , khối bố trí thành hộp lớn khung sắt , sơn tĩnh điện , mặt mica , in lưới hình vẽ tham số phần tử , bố trí thành hộp nhỏ ( Modyn ) Khối bao gồm : Các thiết bị đóng cắt , bảo vệ Các mạch điều khiển Các thiết bị điều khiển tay 43 B - Yêu cầu thực hành Người thực hành dựa theo nội dung thực hành , sử dụng dây nối, cọc cắm ghép thành sơ đồ điều khiển để tác động nên đối tượng điều khiển máy phát điện Quan sát tượng, ghi nhận kết quả, đánh giá, nhận xét, kết Viết báo cáo thu hoạch C-Nội dung thực hành Tuỳ theo yêu cầu người đặt hàng, loại sản xuất khác có số thực hành khác thiết bị giá thành khác (Tuy nhiên tài liệu dùng chung cho trường hợp ) 44 Bài 1: Máy phát điện xoay chiều chế độ kích từ độc lập Khảo sát thay đổi điện áp máy phát (F) thay đổi điện áp kích từ máy phát Sơ đồ thực hành vẽ hình (H.1) + UuDSC A F D ĐSC F f vF M Tải d D + UKtđmDSC CKF H.1 45 + vkt Từ điều chỉnh kích từ độc lập Khảo sát phụ thuộc tần số điện áp máy phát theo tốc độ ĐSC Sơ đồ thực hành vẽ hình H.2 Từ điều chỉnh tốc độ UuDSC ĐSC A F D Uh ĐSC f vF M Tải d D + UKtđmDSC CKF + vkF UKtđmF H.2 Ghi -Người thực hành thựuc iện nội dung với loại máy phát điện F1 F3 -Nút ấn M để khởi động ĐSC tay -Nút ấn D để dừng ĐSC tay -Thay đổi mức phụ tải máy phát công tắc tải -Chú ý cực tính nguồn điện áp chiều -Điều chỉnh điện áp kích từ máy phát chiết áp VR k , điều chỉnh tốc độ ĐSC bâừng chiết áp VRn khối nguồn -Uh điện áp hút công tắc tơ cấp nguồn cho ĐSC 46 Bài 2: Tự động điều chỉnh kích từ để ổn định điện áp máy phát Sơ đồ thực hành vẽ hình H.3 UuDSC A F D ĐSC f vF M BD Tải d D + + CKF UKtđmDSC CKF Mạch tự động điều v chỉnh kích từ kt (AVR) Từ điều chỉnh kích từ độc lập Phản hồi điện áp Phản hồi dòng điện H.3 Ghi : -Sơ đồ nguyên lý mạch tự động điều chỉnh kích từ ( AVR ) vẽ hình H.4 -Thực hiên nội dung với loại F1 F3 -Đặt mức điện áp ổn định máy phát chiết áp VRF ( modynAVR ) 47 U đf UphU U đf Ung Mạch tự động điều chỉnh góc mở Tiristor UphI AF UphU Tr tF g1 k1 g2 k2 CF BA kích từ T1 g1 T2 k1 k2 Đ1 Đ2 CKF H.4 48 g2 VRF Bài 3: Tự động chuyển đổi lưới điện –Máy phát dự phòng -Lưới điện (ATS) - Sơ đồ khối Bài thực chế độ tự kích từ vẽ hình H.5 (Có thể thực B chế độ kích từ độc lập) - Sơ đồ nguyên lý mạch tự động chuyển đổi (ATS ) vẽ hình H.6 Tải Năng lượng sơ cấp ĐSC KF F AVR KL Lưới điện ATS H.5 Ghi : -Người thực hành thực nội dung với loại F F3 Công tắc CT dùng để chuyển đổi thực hành với F1 F3 -Nút ấn mồi dùng để mồi khởi động máy phát tay -Chuyển mạch CM dùng để tạo tình nguồn điện lưới -Nguồn ắc quy giả cung cấp cho mạch ATS lấy từ mguồn ổn áp chiều ( không vẽ sơ đồ ) 49 Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi (ATS) + ac qui +aq - CT RDS D1 R1 D2 + Tr1 VR1 C1 + X aq RDS Y D4 2RL RDS D3 DZ R2 Z Tr2 VR2 4RL + R3 Tr3 C2 + aq R4 3RL D5 2RL Tr4 + VR3 C3 2RL 4RL H×nh 50 D6 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY KHỐI NGUỒN CỦA BỘ THỰC HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU (H.7) 51 Điều chỉnh kích từ độc lập máy phát Ổn áp có bảo vệ 20v VRK Đến CKF 40v~ Tr 20v Điều chế độ rộng xung + 12v_ 14v~ +12v 12v + 14v + 12v~ 24v_ 27v~ GND VR K g1 k1 g2 k2 Điều chỉnh góc mở +12v GND -12v + 27v 36v_ 40v~ 240v + 40v 110v_ g1 g2 k1 k2 120v~ UưĐSC + 120v 220v_ 240v~ Biến dòng 240v~ +12v GND c quy Mạch điều chế độ rộng xung 52 n ĐSC D2 R2 D1 R1 +12 C3 VR 4011 4011 4011 555 4011 C1 C2 Mạch điều chỉnh góc mở +24V +12V R9 VR1 R4 R3 g1 D6 D8 D4 k1 BAx D2 Tr2 R1 Tr1 u2 10V R6 -12V C1 ~220v R7 BAdfa u2 R5 D1 -12V C2 D3 D5 Tr3 R2 10V +12V +12V Tr3 VRn VR2 53 Tr4 R8 g2 D7 k2 Tải pha A Tải pha B Tải pha C AF3 BF3 CF3 TrtF3 Trt UphI3 F1 BD AF1 BD A~ RTr3 nDSC V~ HZ UphI1 Vkt RTr RTT F3 Uktdm ĐSC Uhút RTT + CKĐSC Đg + Uưđm ĐSC Đg X Mồi Y Z Từ ATS đến RTr3 F1 ĐSC Đg M D F T RTr CKF3 Công tắc chuyển đổi F1 , F3 RTr CKF1 RTr1 RTr RTr3 + Từ n Từ m AVR đến AVR đến Từ kích từ độc lập đến Từ n AVR đến X Từ ATS RT đến r RTr1 + Từ m AVR đến Từ kích từ độc lập đến Sơ đồ đấu dây khối Động sơ cấp – Máy phỏt in xoay chiu 54 Z Tài liệu tham khảo 1- Điện tử công suất Trần Trọng Minh 2- Máy điện Vũ Gia Hanh- Trần Khánh Hà- Phan Tử Thụ- Nguyễn Văn Sáu 3- Điều khiển logic Phan Cung 4- Truyền động điện Nguyễn Mạnh Tiến 5- Kỹ thuật điện Đặng Văn Đào- Lê Văn Doanh 55

Ngày đăng: 03/10/2016, 21:07

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Tµi liÖu tham kh¶o

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan