Khảo sát sự phụ thuộc của tần số và điện áp máy phát theo tốc độ của ĐSC

Máy phát điện dự phòng để đảm bảo liên tục cho các phụ tải đặc biệt là một yêu cầu không thể thiếu được trong các nhà máy sản xuất công nghiệp và các cơ quan ví dụ như: Bệnh viện, đài phát thanh và các sinh hoạt công nghiệp khác. Do vậy tìm hiểu về những vấn đề liên quan đến điều khiển tự động máy phát điện dự phòng là rất cần thiết. Đối với bản đồ án của tôi cần quan tâm tới hai nội dung chính đó là: 1. Ổn định tốc độ động cơ sơ cấp. 2. Ổn định điện áp của máy phát điện dự phòng sao cho không phụ thuộc vào sự thay đổi của phụ tải và không chịu ảnh hưởng vào nguồn năng lượng cơ khí (động cơ sơ cấp). 3. Tự động chuyển đổi để máy phát dự phòng tiếp tục cung cấp điện cho phụ tải khi lưới điện quốc gia mất và tự động ngừng máy phát dự phòng khi lưới 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 hình thực 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 trình tham 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

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 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 Tr-ờng ĐH Bách Khoa- Hà Nội, em đã hoàn thành đợt làm Đồ án tốt nghiệp

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 biệtlà một yờu cầu khụng thể thiếu được trong cỏc nhà mỏy sản xuất cụng nghiệpvà 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 cứuvà 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 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 tầnsố của điện ỏp phỏt ra cũng tăng theo do đú đặt vấn đề phải giải quyết là phảitự động ổn định tần số điện ỏp phỏt ra.

Nguồn năng lượng sơ cấp thỡ ta cú thể sử dụng nhiều loại như:Tuabin nước.

Tuabin giú.Động cơ điezen.

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 thiếtbị 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 máy

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 vàcó 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.

b Động cơ điện đồng bộ.c Máy bù đồng bộ.

2 Kết cấu

Để thấy rõ đặc điểm về kết cấu của máy điện đồng bộ, ta sẽ xét riêng rẽ kếtcấu của máy cực ẩn và máy 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 cỏch

stato 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 trongnú 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

lõi 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 củanó 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 bộvà máy phát điều chỉnh để làm nguồn cung cấp điện cho bộ điều chỉnh tự độngcủa tuabin.

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

chỉnh công suất của động cơ sơ cấp.

Như điều chỉnh công suất của máy phát liên quan đến tần số máy phát, ta

đổi, 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 độngcơ 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 phaE0 = 4,44 w.f.k.dq..

W: số vòng của một pha f = p60.n

f: là tần sốn: là tốc độ rôtop: là số đối cực

k.dq: là hệ số dây quấn

Khi máy phát mang tải (mạch ngoài kín) trong dây quấn dòng điện 3

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 làtừ 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.

góc  /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

(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.

Eud = - j.nud.Id.

+ Tải thuần trở: Dòng điện stato In trùng pha với E0 ta có đồ thị In sinh ra un

un sinh ra Eun

Eun = - j.xun.In.

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.

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 khử từ mang tính chất điện cảm.b Phương trình của máy phát điện.0 sinh ra E0.

I = Id+In.

Id sinh ra ud, ud sinh ra Eud.In sinh ra un, un sinh ra Eun.

Dòng điện stato I sinh ra từ trường tản t t sinh ra Et, Et = -j.xt.Y j.xt.(Id+In).

=-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 trường

Eo +Eud+Eun+Et=UE0 =U –Eud-Eun-Et

Thay các biểu thức ta được:E0 = U + j.xd.Id +j.xnIn Trong đó: xd = xud + xt

Xn = xun+xt

đồng bộ ta có.

Eo =U + j.xdb.I.

II TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ.

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 phụvà tổn hao cơ.

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

của 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 thíchvà 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 cựcẩn 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 thong

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 cực

công suất trung bình, tổn hao đồng trong dây quấn phần tĩnh và dây quấn kíchtừ 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 tĩnhvà 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: 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 SUẤTPHẢN 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 vàsự 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.

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 diễn

công 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.

thống điện ứng với khi dP/dθ = 0 Áp dụng điều kiện đó đói với biểu thức

Pm =

định bởi : cosθm =

Trong đó : A =

 )

( 1 1 )sin2

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

sau đó lại trở về trị số ban đầu thì rôto của các máy phát điện sẽ quay nhanhlên 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 quảlà 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 , vídụ 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 rôto

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

0

Trong đó dP/dθ được gọi là công suất chỉnh bộ đặc trưng cho khả năng

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

Pcb=

Đường biểu diễn của công suất chỉnh bộ, ta thấy khi không tải (θ = 0),khả năng chỉnh bộ tức khả năng của ∆θ và tương ứng công suất P sẽ tăng thêmP giữa công suất cơ đưa vào máy vàcông suất tác dụng đưa ra lưới điện ứng với sự thay đổi ∆θ và tương ứng công suất P sẽ tăng thêmθ làm cho máy phát

chỉnh bộ bằng không.

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 thoenhưng 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 =

gọi là hệ số khả năng quá tải.

Đối với máy cực ẩn km =

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 kích

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

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 đểcó 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 mộtmô 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

máy ta để Rm ở giá trị max khi mở song ta đưa Rm = 0 để giảm tổn hao Vì



4 Điều chỉnh tốc độ.

Từ phương trình ta có: n = U k.eRu..Iu.

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 điệnáp 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 độc 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

Ta xét quan hệ n=f(m) khi giữ U không đổi, Rkt không đổi.Từ phương trình ta có n= KeU. - KeRu Iu

Và M=Km..Iu tat hay Iu vào n được:N= KeU. - Ke.Km.2

.M (1)a Động cơ kích từ song song

Do U,Rkt không đổi nên Ikt=RktU không đổiDo đó  không đổi biểu thức(1) có dạng:

đặc tính có n0 =a = keU. tốc độ của động cơ khi không tải Me = M =o.

Me : mô men cản của máy công cụ, đặc tính cơ thay đổi.a = keU. thay đổi b không đổi

- Đặc tính cơ thay đổi điện trở mạch phần ứng a không đổi.b = kekm.2

thay đổi.Ru1 < Ru2 <Ru3.

b Động cơ kính từ nối tiếp.Do I = Iu = Iktn cũng tỷ lệ với Iu.

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 Iu2 : mômen (M) tỷ lệ với I2

khả năng quá tải lớn.

Đặc tính: + không cho phép động cơ một chiều kích từ nối tiếp chạy

mặt cơ không cho phép vì ổ bi hoặc trục bạc chỉ chịu được tốc độ nhất định,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 dạng

tại D ta nhận được một xung răng cưa Xung răng cưa này được đưa vào sosánh với tín hiệu chủ đạo do khâu tổng hợp tín hiệu đưa ra Tại những thời

là đầu ra khâu so sánh ta nhận được xung vuông có độ rộng thay đổi được

phân vì vậy đầu ra ta nhận được một xung kim Xung kim này được đưa vàokhâu 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

được tốc độ của động cơ như mong muốn Nếu vì một lý do nào đó mà làm

điện áp đặt lên động cơ tăng kéo theo tốc độ động cơ tăng lên.

Nếu vì một lý do nào khác làm cho tốc đọ động cơ tăng lên thì làm cho

lên khi đó điện áp đặt lên động cơ giảm xuống đồng thời kéo theo tốc độ củađộng cơ giảm xuống Quá trình cứ như vậy làm cho tốc độ của động cơ đượctự động giữ ổn định như mong muốn Khi tốc độ động cơ sơ cấp được ổnđịnh thì tức là tần số điện áp máy phát được ổn định đây là một yêu cầu củađề tài của tôi cần giải quyết.