Nghiên cứu các loại máy phát điện, đi sâu phân tích hệ thống ổn định điện áp đầu ra máy phát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG ISO 9001:2015 NGHIÊN CỨU CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN, ĐI SÂU PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP ĐẦU RA MÁY PHÁT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG NGHIÊN CỨU CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN, ĐI SÂU PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP ĐẦU RA MÁY PHÁT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên Vũ Xuân Hoàng Giảng viên hướng dẫn :Th.S Đinh Thế Nam HẢI PHÒNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Vũ Xuân Hoàng - Mã SV: 1512102049 Lớp: DC1901 - Ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài: Nghiên cứu loại máy phát điện,đi sâu phân tích hệ thống ổn định điện áp đầu máy phát NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Địa điểm thực tập tốt nghiệp …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Th.S Đinh Thế Nam Học hàm, học vị : Thạc Sĩ Cơ quan công tác : Trường Đại Học Quản Lý Cơng Nghệ Hải Phịng Nội dung hướng dẫn : Toàn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn: Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Vũ Xuân Hoàng Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Người hướng dẫn Th.S Đinh Thế Nam Hải Phòng, ngày tháng năm 2019 Hiệu trưởng GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…) Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Phần nhận xét giáo viên chấm phản biện Những mặt hạn chế Ý kiến giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐẦU Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn Ths Đinh Thế Nam tận tình giúp đỡ em nhiều suốt trình tìm hiểu nghiên cứu hoàn thành báo cáo tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện-Điện Tử -Trường Đại Học Quản Lý Cơng Nghệ Hải Phịng thầy cô trường trang bị cho em kiến thức cần thiết để em hồn thành báo cáo Xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè người bên em động viên tạo điều kiện thuận lợi cho em, tận tình giúp đỡ bảo em em cịn thiếu sót q trình làm báo cáo tốt nghiệp Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới người thân gia đình giành cho em quan tâm đặc biệt động viên em Vì thời gian có hạn, trình độ hiểu biết thân nhiều hạn chế Cho nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đóng góp ý kiến tất thầy cô giáo bạn bè để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải phòng, ngày… tháng…năm 2019 Sinh viên thực MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1:MÁY PHÁT ĐIỆN 1.1.KHÁI NIỆM MÁY PHÁT ĐIỆN 1.2.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY PHÁT ĐIỆN 1.3.CẤU TẠO MÁY PHÁT ĐIỆN 1.3.1.Động 1.3.2.Đầu phát 1.3.3.Hệ thống nhiên liệu 1.3.4.Ổn áp 1.3.5.Hệ thống làm mát 10 1.3.6.Hệ thống bôi trơn 10 1.3.7.Bộ sạc ắc quy 10 1.3.8.Bảng điều khiển 10 1.3.9.Hệ thống xả 11 CHUƠNG 2: MÁY PHÁT ĐIỆN CHIỀU 12 2.1.GIỚI THIỆU MÁY PHÁT ĐIỆN CHIỀU 12 2.2.PHÂN LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN CHIỀU THEO HỆ THỐNG KÍCH TỪ : 12 2.3.CẤU TẠO MÁY PHÁT ĐIỆN CHIỀU 13 2.4.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY PHÁT ĐIỆN CHIỀU 16 CHƯƠNG 3: MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 18 3.1.MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 18 3.2.MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 19 3.3.Định nghĩa công dụng máy phát điện động 19 3.3.1.Định nghĩa 19 3.3.2.Công dụng 19 3.4.Cấu tạo máy phát điện đồng 20 3.4.1.Cấu tạo stator máy phát điện đồng bộ(chung cực ẩn cực lồi) 20 3.4.2.Cấu tạo rotor máy cực ẩn 21 3.4.3.Máy cực lồi 22 3.5.Nguyên lý hoạt động máy phát điện đồng 23 3.6.Phản ứng phần ứng máy phát điện đồng 24 3.6.1.Khi tải trở 25 𝝅 3.6.2.Tải cảm kháng (φ= ) 25 𝟐 𝝅 3.6.3.Tải dung(φ=- ) 26 𝟐 𝝅 3.6.4.tải hỗn hợp(0 có đồng điện chạy qua R1,D1 Tranzitor bị khóa tụ C1 nạp theo đường R2-C với cực duơng dươi , cực âm hình vẽ Khi UAO < Tranzitor dẫn, tụ C1 xả theo đường C1+ - Tr – C1- tạo nên điện áp tựa Urc Khi tụ xả hết Urc = Chu kỳ sau lặp lại tương tự Ưu điểm điều khiển suốt dải từ (0° + 180°) Sơ đổ đơn giản nên dùng phổ biến Nhược điểm cửa sơ đổ dùng máy biến áp đồng pha chế tạo khó khăn *Khâu tạo điện áp tựa dùng ghép quang Hoạt động sơ đỗ : Khi UAT >0 tì D dẫn , Diod quang DQ khóa làm cho Tranzitor quang TrQ khóa , tụ nạp theo đường E – R2 - C, với cực dương , âm hình III.8., số thời gian T = R2.C Khi UAT< D khóa, Diod quang Dọ dẫn làm cho Tranzitor quang Trọ dẫn, tụ xã tạo điện ấp cưa Urc 73 Hình 4.4.4.3: Khâu đồng pha dùng ghép quang Sơ đổ sơ đồ khâu đồng pha dùng Tranzitor tụ có chất lượng điện áp tựa tương đối giống Nhưng sơ đổ ưu điểm chỗ không cần biến áp đồng pha , đơn giản việc chế tạo lắp đặt *khâu tạo điện áp tựa dùng khuếch đại thuật tốn Hình 4.4.4.4: Khâu đồng pha dùng khuếch đại thuật toán Hoạt động sơ đồ : Điện áp vào điểm A (UA)có dạng hình sin qua khuếch đại thuật toán A1 cho ta chuỗi xung chữ nhật đối xứng Ủạ Khi UB > Tranzitor khóa , Diod D1 phân cực thuận mở cho dòng điện chạy qua khâu tích phân A2 tạo điện áp Urc 74 Khi UB < Diod D1 phân cực ngược bị khóa, lúc Tranzitor thơng, tụ C1 xả hết Kết A2 bị ngắn mạch (với Urc= ) Trên đầu A2 có chuỗi điện áp cưa Urc gián đoạn Nhận xét : dùng vi mạch sơ đổ có chất lượng điện áp tựa tốt, kích thước gọn nhẹ Qua phân tích sơ đỗ khâu đồng pha tạo điện áp tựa trên, ta nhận thấy nên chọn khâu đồng pha dùng ghép quang Với ghép quang việc lắp đặt chế tạo đơn giản , dễ đàng Đặc biệt sử dụng biến áp đồng pha chất lượng điện áp tựa tốt Hơn ghép quang chế tạo hợp nên thuận tiện đơn giản sử dụng chúng Chẳng hạn ghép quang 4N35 Hình 4.4.4.5:tổng quan 4N35 2,Khâu so sánh Khâu so sánh dùng transitor Hình 4.4.4.6:Sơ đồ khâu so sánh dùng Transitor Nguyên tắc hoạt động Theo hình vẽ ta thấy điện áp vào có dạng cưa so sánh với Udk điểm θ 1, θ điện áp cưa điện áp điều khiển Tại ta phát xung điều khiển Thyristor 75 -Từ – θ1: | Udk | > | Urc | UB > làm Tranzitor Tr khóa, điện ấp Ura=-E -Từ θ1+ θ2: | Udk | < | Urc | UB < làm Tranzitor Tr dẫn, điện áp Ura =0 Việc so sánh Tranzitor có nhược điểm θ1, θ3 điện áp biến thiên hình vẽ trường hợp lý thuyết Cịn thực tế đường xiên có vùng gần làm việc chế độ khuếch đại Khi tời điểm phát lệnh mở Thyristor t¡ Thyristor thực mở sau t Do thởi điểm mở Thyristor thiếu xác Để khấc phục nhược điểm mở Thyristor trên, với đời khuếch đại thuật tốn khuếch đại thuật tốn dùng làm khâu so sánh mạch điều khiển phổ biến  Khâu so sánh dùng khuếch đại thuật tốn Hình 4.4.4.7: Sơ đồ khâu so sánh dùng khuếch đại thuật toán (a): Cộng cổng đảo khuếch đai thuật toán (b): Hai cổng khuếch đại thuật toán (c): Đường cong điện áp +Nguyên tắc hoạt động : 76 Cả hai sơ đồ có nguyên lý giống -Từ thời điểm - θ1; | Udk | > | Urc | Ura = - Ung - Từ θ1- θ2; | Udk | < | Urc | Ura = + Ung -Tại thời điểm : ; | Udk | = | Urc | Ura = Hai sơ đổ có ưu điểm phát xung điều khiển xác tại: Udk = Urc Qua phân tích sơ đổ mạch so sánh ta chọn khâu so sánh dùng khuếch đại thuật toán, cụ thể chọn sơ đổ III.I2b Bởi với sơ phát xung điều khiển Thyristor cách xác Ua = Ư, Khâu tạo xung khuếch đại Hình 4.4.4.8: Khâu tạo xung khuếch đại transitor công suất 77 Nhiệm vụ : khâu tạo xung khuếch đại tạo xung phù hợp để mở Thyristor , tầng khuếch đại cuối thường thiết kế Tranzitor công suất Để có xung gửi tới Thyristor ta dùng biến áp xung (BAX), Tranzitor công suất (Tr) để khuếch đại công suất, Diod (D) để bảo vệ Tr cuộn dây sơ cấp BAX Tr khóa đột ngột Sơ đồ đơn giản dùng rộng rãi Bởi hệ số khuếch đại Tranzitor loại nhiều khơng đủ lớn, để khuếch đại tín hiệu từ khâu so sánh đưa sang Tạo xung khuếch đại sơ đổ Dalington Hình 4.4.4.9:Tạo xung khuếch đại sơ đồ Dalington Sơ đồ khắc phục nhược điểm sơ đồ 4.4.4.9 nên thường sử dụng thực tế, đáp ứng yêu câu khuếch đại công suất, hệ số khuếch đại nhân lên theo thông số Tranzitor Tuy nhiên lại có nhược điểm cơng suất tỏa nhiệt Tranzitor q lớn kích thước máy biến áp xung lớn Để giảm nhỏ cơng suất tỏa nhiệt Tranzitor kích thước sơ cấp biến áp xung ta thêm tụ nối tầng  *Khâu khuếch đại tạo xung sơ đồ có tụ nối tầng 78 Hình 4.4.4.10: Sơ đồ tạo xung khuếch đại có tụ nối tầng Theo sơ đồ này, Tranzitor mở cho dòng chạy qua khoảng thời gian nạp tụ nên dòng hiệu dụng chúng bé nhiều lần Qua ta chọn khâu tạo xung khuếch đại hình 4.4.4.10 sơ đổ tạo xung khuếch đại có tụ nối tầng Bởi sơ đỗ có ưu điểm sơ để khác dịng hiệu dụng qua Tranzitor bé, cơng suất tổa nhiệt Tranzitor khơng lớn, kích thước dây sơ cấp biến áp xung bé  Xây dựng mạch điều khiển Với yêu cầu điều khiển có chất lượng tốt ta chọn khâu đồng pha Hình 4.4.4.3: Khâu đồng pha dùng ghép quang tức đùng ghép quang Với khâu đồng pha dùng ghép quang đơn giản thuận tiện cho lắp ráp Không cần tính tốn máy biến áp đồng pha Khâu so sánh chọn sơ đồ cộng hai cổng đảo khuếch đại thuật tốn với sơ đổ có nhiễu kênh khác Hơn tín hiệu vào hai cổng độc lập nên không xảy tượng mạch giả Tầng tạo xung khuếch đại dùng sơ đồ tụ nối tầng Với sơ đồ giảm dịng đưa vào khuếch đại Ta có sơ đề điểu khiển kênh sau : 79 Hình 4.4.4.11 : sơ đồ điều khiển mạch thyristor Nguyên tắc hoạt động sơ đồ: Hình 4.4.4.12: Giản đồ đường cong dịng điện áp Giải thích hoạt động : khâu đồng pha cho ta điện điện áp UA' Đó điện áp Urc dương Điện áp tựa so sánh với điện áp điểu khiển đưa vào U dk Hai tín hiệu giao t1, t2, t3, t4 Từ – t1 : điện áp tựa Urc nhỏ điện áp điều khiển Udk Điện áp Ura = +Uhh (điện áp bão hòa dương) Từ t1 - t2 : Urc lớn Udk Điện ấp nhận giá trị dấu Urc Vì tín hiệu Urc đưa vào cổng trừ (-) khuếch đại thuật tốn tín hiệu đảo dấu Tương tự vậy, chu kỳ lặp lại ta có điện áp UB Ở sử dụng bóng ngược (Tranzitor ) Uạ đổi dấu từ âm sang dương có đồng í, (trên hình vẽ bổ qua chu kỳ đầu tiên) Khi Ủ B mạng dấu dương, bên trái tụ mang dấu dương Lúc tụ C nạp Khi 80 Up đổi dấu dương sang âm, tụ C xả lượng qua Diod D Do có dòng ib dòng ic tương ứng với xung điều khiển đưa vào để kích mở Thyristor Tuy nhiên theo yêu cầu điều khiển Thyristor phải điểu khiển Thyristor mở phẩn dương điện áp UAT Nhưng thời điểm mở Thyristor khơng thời điểm mở Thyristor t1 lại không thực Trong có lệnh mở Thyristor t2 t4 Muốn có xung điểu khiển mở Thyristor t1 t3 ta phải lệnh sườn xuống UB Có nhiều cách để thay đổi UB, ta mắc thêm vào mạch điều khiển khuếch đại đảo vào sau UB (hoặc sử dụng khuếch đại đảo logic UB sóng vng) Khi ta có dịng ib sườn xuống UB nên có xung điều khiển kích mở Thyristor t1 t3 Đối với việc điểu chỉnh : thay đổi Udk ta thay đổi điện áp kích từ dịng điện kích từ Ngun lý điêu chỉnh điện áp thay đổi U dk từ đến Uhh độ rộng điện áp kích từ Ukt tãng từ đến hay điện áp kích từ tăng từ đến Uktmax 81 Hình 4.4.4.13 : Giản đồ đường cong dòng điện, điện áp điện áp tải 82 Hình 4.4.4.14: Sơ đồ mạch điều chỉnh kích từ tổng quát 83 KẾT LUẬN Sau thời gian tháng làm đồ án với hướng dẫn tận tình thầy giáo Th.S Đinh Thế Nam Em hoàn thành đề tài giao “Nghiên cứu loại máy phát điện, sau phân tích hệ thống ổn định điện áp đầu máy phát” Thông qua đề tài thực giúp em hiểu biết rõ ràng em học suốt thời gian qua Đối với em, đồ tài thực phù hợp với kiến thức em tích lũy học Do trình độ kiến thức kinh nghiệm thực tế hạn chế, cộng với việc thiếu thốn thu thập tài liệu tham khảo thời gian nghiên cứu, tìm hiểu đề tài cịn hạn chế nên dù cố cố gắng đồ án cịn nhiều thiếu sót Em mong thầy cô châm trước nhận bảo tận tình thầy để hiểu tiếp cận gần với thực tế Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Đinh Thế Nam trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ tận tình em hồn thành đồ án Đó kiến thức giúp em thực tốt nhiệm vụ tốt nghiệp tảng cho công việc sau em Em xin chân thành cảm ơn ! Hải phòng ngày…tháng…năm 2019 Sinh Viên Vũ Xuân Hoàng 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn,Nguyên lý hoạt động máy điện.Nhà xuất Xây Dựng-2016 2.GS.TSKH Thân ngọc Hoàn,Máy điện, Nhà xuất Xây Dựng-2005 3.Đặng văn Đào –Trần khánh Hà – Nguyễn hồng Thanh, Giáo trình máy điện, Nhà xuất Giáo DỤC-2007 4.Nguyễn Bính, Điện tử cơng suất, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật-1996 5.Trần văn Thịnh,Tính tốn thiết kế thiết bị điện tử công suất, Nhà xuất Giáo dục-2008 6.tài liệu điện tử: 123doc.com tailieu.com 85 ... QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG NGHIÊN CỨU CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐI? ??N, ĐI SÂU PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH ĐI? ??N ÁP ĐẦU RA MÁY PHÁT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: ĐI? ??N TỰ ĐỘNG CƠNG... 4: HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH ĐI? ??N ÁP ĐẦU RA MÁY PHÁT ĐI? ??N 52 4.1.Khái quát hệ thống kích từ máy đi? ??n đồng 52 4.2 .Các loại hệ kích từ máy phát đồng 53 4.2.1 .Hệ kích từ dùng máy. .. biển đổi đi? ??n áp, dòng đi? ??n, tần số, góc pha Máy phát đi? ??n chiều máy đi? ??n phát nguồn đi? ??n chiều có tính chất thuận nghịch Khi cấp nguồn động , kéo máy khác máy phát 2.2.PHÂN LOẠI MÁY PHÁT ĐI? ??N CHIỀU