Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy điện 3 pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát PHẦN I GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU Máy điện đồng 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 sinh hoạt sản xuất từ máy phát điện quay tuabin khí nước Ngồi máy phát điện kéo động khác động Điêzel, động xy lanh nước, động chạy nhiên liệu Hyđro…được chế tạo với công suất vừa nhỏ nhằm dùng cho tải địa phương, dùng làm máy phát dự phịng Ngồi động đồng công suất nhỏ( đặc biệt động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu ) dùng rộng rãi trang bị tự động điều khiển I ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG I.1 Định nghĩa Những máy phát điện xoay chiều có tốc độ quay Rơtor n tốc độ quay từ trường n1 gọi máy điện đồng bộ, có tốc độ quay Rơtor ln khơng đổi tải thay đổi I.2 Công dụng Máy phát điện đồng nguồn điện quan trọng lưới điện cơng nghiệp Trong động sơ cấp tuabin nước tuabin nước Cơng suất đơn máy đạt đến 1200MW máy phát tuabin đến 560MW máy phát tuabin nước Các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện kéo động Điêzel tuabin khí, chúng làm việc riêng lẻ hai ba máy làm việc song song với Các máy phát điện đồng hầu hết đặt trạm phát điện xoay chiều, chúng sử dụng rộng rãi lĩnh vực : sống, công nghiệp, giao thông vận tải, nguồn điện dự phòng, điện phương tiện di động… II ĐẶC ĐIỂM VÀ CẤU TẠO II Đặc điểm Máy phát điện đồng thường kéo tuabin tuabin nước, chúng gọi máy phát tuabin máy phát tuabin nước Đối với máy phát điện tuabin hơi, đặc trưng tốc độ cao tới vài nghìn vịng/phút nên ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát máy phát điện thường có kết cấu Rơtor cực ẩn với đường kính nhỏ để giảm thiểu lực ly tâm Và ngược lại, máy phát điện tuabin nước, tốc độ thấp nên thường có Rơtor cực lồi, đường kính lên tới 1,5m tùy theo công suất máy Máy phát điện ba pha thường gặp máy phát điện mà dòng điện chiều đưa vào cuộn dây kích từ thơng qua hệ thống vành trượt Cực từ máy phát điện ba pha kích thích dịng điện chiều đặt phần quay, dây quấn phần ứng với ba pha đặt phần tĩnh nối tải Cũng đặt cực từ phần tĩnh dây quấn phần ứng phần quay giống máy điện chiều, máy điện đồng cơng suất nhỏ, trao đổi vị trí không làm thay đổi nguyên lý làm việc máy Nguyên lý làm việc máy điện nói chung máy phát điện đồng nói riêng dựa định luật cảm ứng điện từ Nguyên lý làm việc sau : Stator máy phát điện đồng đồng có dây quấn ba pha đặt cách góc 1200 khơng gian, gọi phần ứng, cảm ứng sức điện động cung cấp tải ( hình 1.1 ) Cịn Rơtor máy phát điện, với cấu tạo dây quấn cực từ ( cực lồi với máy phát có tuabin tốc độ thấp máy phát tuabin nước, máy phát công suất nhỏ cực ẩn với tuabin có tốc độ cao máy phát Điêzel, tuabin khí ) làm nhiệm vụ tạo từ trường phần cảm A N C B Khi Rơtor quay với tốc độ n từ trường cực từ quét cảm ứng lên dây quấn phần ứng sứcHình điện 1.1 động xoay hình sin lệch pha cấu tạochiều Stator 120 theo chu kỳ thời gian, có trị số hiệu dụng : Trong : Với tần số : EO=4,44.f.Wl.Kdq.Φ0 E0 sức điện động pha f tần số máy phát Kdq hệ số dây quấn f = p.n 60 W1 số vòng dây pha Φ0 từ thông cực từ Rôtor (1.1) Với p số đôi cực máy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Khi máy phát điện đồng làm việc khép kín mạch với tải, có dịng điện ba pha chạy ba dây quấn lệâch góc 1200 thời gian tạo từ trường quay với tốc độ n1 : n1 = 60 f p (1.2) So sánh (1.1) (1.2) ta thấy n = n1 , có nghiã tốc độ quay Rơtor tơc độ từ trường quay Vì ta có máy phát điện đồng II.2 Cấu tạo II.2.1 Máy cực ẩn Rôtor làm thép hợp kim chất lượng cao, rèn thành khối hình trụ, người ta gia cơng phay để tạo rãnh đặt dây quấn kích từ Phần khơng phay rãnh hình thành mặt cực từ Các máy phát điện đồng ba pha cực ẩn thường chế tạo với số cực 2p = , tốc độ quay Rơtor 3000 vịng/phút Để hạn chế lực ly tâm phạm vi an toàn thép hợp kim chế tạo thành lõi thép Rơtor, đường kính D Rôtor không 1,1 đến 1,5mét Tăng công suất máy cách tăng chiều dài l lõi thép Chiều dài tối đa Rôtor vào khoảng 6,5mét Dây quấn kích từ đặt cực từ Rơtor chế tạo từ dây đồng trần, tiết diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành bối dây Các vòng dây lớp dây cách điện với lớp mica mỏng Dây quấn kích từ nằm rãnh cố định ép chặt nêm phi từ tính đưa vào miệng rãnh Phần đầu nối đai chặt ống trụ thép phi từ tính nhằm bảo vệ chống lại lực điện động dòng điện gây Hai đầu dây quấn kích từ luồn trục nối với hai vành trượt đặt đầu trục thông qua hai chổi điện, nối với dịng kích từ chiều Dịng điện kích từ chiều thường cung cấp máy phát chiều, xoay chiều chỉnh lưu ( có khơng có vành trượt ), nối chung trục với máy phát điện Stator máy phát điện đồng ba pha cực ẩn bao gồm lõi thép, có đặt dây quấn ba pha, thân vỏ máy Lõi thép Stator ghép ép tơn silic có phủ cách điện Các đường thơng gió làm mát cho máy chế tạo cố định thân máy để đảm bảo độ bền cách điện dây quấn máy II.2.2 Máy cực lồi Các máy phát điện có tốc độ quay thấp thường chế tạo dạng cực lồi, nên khác với máy cực ẩn, đường kính D Rơtor lên đến 15met chiều dài lại nhỏ với tỷ lệ l/D = 0,15 – 0,2 Rôtor máy phát điện đồng cực lồi cơng suất nhỏ trung bình có lõi thép chế tạo thép đúc gia công thành khối hình trụ mặt có đặt cực từ Ở máy lớn, lõi thép ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát chế tạo từ thép dày từ đến 6mm, 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 Rôtor, giá lồng vào trục máy Hình 1.2 Cực từ máy phát đồng cực lồi Cực từ đặt lõi thép Rôtor ghép thép dày – 1,5mm chế tạo có hình T bulơng bắt xuyên qua mặt cực vít chặt vào lõi thép Rơtor Dây quấn kích từ chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành cuộn dây Cách điện vòng dây lớp mica amiăng Sau hoàn thiện gia công, cuộn dây lồng vào thân cực từ Dây quấn cản máy phát điện đồng đặt đầu cực có cấu tạo dây quấn kiểu lồng sóc máy điện không đồng bộ, nghĩa làm đồng đặt vào rãnh đầu cực hai dầu nối với hai vành ngắn mạch Stator máy phát điện đồng cực lồi giống máy phát điện đồng cực ẩn Để đảm bảo vận hành ổn định, yêu cầu chặt chẽ kết cấu điện kết cấu học hệ thống làm mát thiết kế chế tạo phù hợp tương thích với loại máy phát điện, đáp ứng môi trường chế độ làm việc Máy phát điện đồng làm mát gió cơng suất nhỏ, có khoang thơng gió làm mát thiết kế chế tạo nằm vỏ máy lõi thép Stator Đầu trục máy gắn cánh quạt gió để quay khơng khí thổi qua khoang thơng gió Bên ngồi vỏ máy chế tạo với sống gân cánh toả nhiệt nhằm làm tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cho máy Phổ biến máy phát điện đồng làm mát nước khí áp dụng cho máy có công suất từ vài chục kW trở lên Trong trường hợp máy phát điện có cơng suất nhỏ cần di động thường dùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Điêzel làm động sơ cấp gọi máy phát điện Điêzel Máy phát điện Điêzel thường có cấu tạo cực lồi Đặc điểm khác biệt máy điện công suất nhỏ máy điện cơng suất lớn ngồi kích thước chúng khác chúng cịn khác hiệu suất làm việc, giá thành máy giá điện sản xuất ra, thời gian làm việc nó… Máy phát điện cơng suất nhỏ có cấu tạo gọn nhẹ, thuận lợi để làm máy phát dự phòng điện lưới, máy phát điện Điêzel linh động vận chuyển nơi khác để phục vụ cần thiết Tuy nhiên máy điện cơng suất nhỏ giá thành khơng rẻ trái vơí máy có cơng suất đơn lớn giá thành đơn vị công suất hạ nên chưa đươc sử dụng phổ biến mà sử dụng nơi cần thiết bệnh viện, truyền hình, qn thơng tin liên lạc…Ngồi cịn sử dụng số hộ dân cần điện để phục vụ sản xuất kinh doanh liên tục thiếu điện lưới Hiệu suất làm việc máy điện công suất nhỏ thấp máy cơng suất lớn III CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ Để làm thí nghiệm lấy đặc tính máy phát điện đồng cần phải có sơ đồ nối dây máy phát điện Tải máy phát tổng trở Z thay đổi Dịng điện kích thích It máy điện lấy từ nguồn điện bên điều chỉnh nhờ vào biến trở rt Khi vận hành thường máy phát điện cung cấp cho tải đối xứng Chế độ phụ thuộc vào hộ tiêu thụ điện nối với máy phát điện, công suất cấp cho tải không vượt định mức mà định mức thấp định mức chút Mặt khác đại lượng thông qua đaị lượng khác dịng điện, điện áp, dịng kích từ, hệ số Cosϕ, tần số f, tốc độ quay n Để phân tích đặc tính máy phát điện đồng ta dựa vào ba đại lượng chủ yếu U, I, it thành lập đặc tính sau : Đặc tính khơng tải E = Uo = f(it) I = f = fđm Đặc tính ngắn mạch In = f(it) U = ; f = fđm Đặc tính ngồi U = f(It) it = const ; cosϕ = const ; f = fđm Đặc tính điều chỉnh It = f(I) U = const ; cosϕ = const ; f = fđm Đặc tính tải U = f(it) I = const ; cosϕ = const ; f = fđm • MFĐ A VRt V • W V A Z A • V • Z • W Hình 1-7: Sơ đồ đấu dây xác định đặc tính máy phát điện đồng A Z ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát III.1 Đặc tính không tải E = U0 = f(it) Khi I= f= fđm Đặc tính khơng tải quan hệ sức điện động E cảm ứng cuộn dây Stator với dịng điện kích từ dịng điện tải không Trong hệ đơn vị tương đối máy phát điện đồng cực ẩn máy phát điện đồng cực lồi khác khơng nhiều, đặc tính khơng tải hiển thị đơn vị tương đối giống hình 1.3 E∗ it∗ Hình 1.3 Đặc tính không tải máy phát điện Trong đơn vị tương đối : E* = E Edm it* = it itdmo Với itđmo dịng điện khơng tải U = Uđm III.2 Đặc tính ngắn mạch tỷ số ngắn mạch In = f(It) U= f = fđm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát E χδ u jx−dI jIxd I E χud jx−σI I Hình 1.4 Đồ thị véc tơ mạch điện thay máy phát điện lúc ngắn mạch Đặc tính ngắn mạch quan hệ dòng điện tải ngắn mạch dòng điện kích thích điện áp khơng , tần số tần số định mức ( dây quấn phần ứng nối tắt đầu máy) Nếu bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng( rư = ) mạch điện dây quấn phần ứng lúc ngắn mạch cảm ( ψ = 90o ) Iq = cosψ = Id = I.sinψ = Và đồâ thị véc tơ máy phát điện lúc hình 1.4 Cũng từ biểu thức cân sức điện động : giả thiết ta có Euđ = +j.I.xd mạch điện thay máy có dạng hình 1.4 Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng khử từ, mạch từ máy khơng bão hồ, từ thơng khe hở Φδ cần thiết để sinh Eδ = E – I.xưd = i.xσư nhỏ Do quan hệ I = f(it) đường thẳng hình 1.5 U = E − j I d xd − j I q xq − I ru I I = f(It) It Hình 1.5 - Đặc mạch Tỷ số ngắn mạch K tỷ số dịng điện tính ngắnngắn mạch Ino ứng với dịng điện kích thích sinh sức điện động E = Uđm khơng tải với dịng điện định mức Iđm, nghĩa K= I no I dm Ino = U dm xd ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Với xd trị số bão hoà điện kháng đồng dọc trục ứng với E = Uđm Thay trị số Ino vào biểu thức K ta có : K= U dm Thường xd∗ > K < dòng điện = xd I dm xd * ngắn mạch xác lập Ino < Iđm , kết luận dịng điện ngắn mạch xác lập máy phát điện đồng không lớn Sở dĩ khử từ mạnh phản ứng phần ứng U.I U = f(it) Udm I = f(it) Idm Ino ito itn it Hình 1.6 Xác định tỷ số ngắn mạch K Tỷ số ngắn mạch : K= I mo ito = I dm itn Trong : Ito dịng điện kích thích khơng tải lúc Uo = Uđm Itn dịng điện kích thích lúc ngắn mạch I = Iđm Tỷ số ngắn mạch K tham số quan trọng máy điện đồng Máy có K lớn có ưu điểm cho độ thay đổi điện áp ΔU nhỏ theo biểu thức Id = Iq = E − U cosθ xd U sin θ sinh công suất điện từ lớn khiến cho xq máy làm việc ổn định tải dao động Nhưng muốn K lớn nghĩa xd∗ nhỏ, phải tăng khe hở δ đòi hỏi phải tăng cường dây quấn kích từ tương ứng phải tăng kích thước máy Kết phải dùng nhiều vật liệu giá thành máy cao III.3 Đặc tính độ thay đổi điện áp ΔUđm máy phát đồng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Đặc tính ngồi quan hệ U = f(I) It = const ; cosϕ = const f =fđm U cosϕ = 0,8 (®iƯn dung) Udm Udm cos = cos = 0,8(điện cảm) Idm I Hình 1.7 Đặc tính ngồi máy phát điện đồng Từ hình vẽ ta thấy dạng đặc tính ngồi phụ thuộc vào tính chất tải Nếu tải có tính cảm I tăng phản ứng khử từ phần ứng tăng, điện áp giảm đường biểu diễn xuống Ngược lại tải có tính dung I tăng, phản ứng phần ứng trợ từ, điện áp tăng đường biểu diễn lên Độ thay đổi điện áp định mức ΔUđm máy phát điện đồng theo định nghĩa thay đổi điện áp tải thay đổi từ định mức với cosϕ = cosϕđm đến không tải, điều kiện khơng thay đổi dịng điện kích thích Trị số ΔUđm thường biểu thị theo phần trăm điện áp định mức, nghĩa : ΔUđm% = E − U dm 100 U dm thông số ΔUđm% = 25% ÷ 30% III.4 Đặc tính điều chỉnh It = f(I) U = const ; cosϕ = const f =fđm Đặc tính điều chỉnh quan hệ dịng điện kích từ với dịng điện khơng tải để ln giữ cho điện áp khơng đổi Nó cho biết hướng điều chỉnh dòng điện It máy phát điện đồng để giữ cho điện áp U đầu máy phát điện không đổi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát It cosϕ = 0,8 (điện cảm) cos = It cos = 0,8(điện dung) Idm I Hình 1.8 Đặc tính điều chỉnh máy phát điện đồng Ta thấy với tải cảm I tăng, tác dụng khử từ phản ứng phần ứng tăng làm cho điện áp U bị giảm Để giữ cho điện áp U không đổi phải tăng dịng điện từ hố it Ngược lại, tải dung I tăng, muốn giữ U không đổi phải giảm it Thông thường cosϕđm = 0,8 ( cảm ), nên từ không tải ( U = Uđm ; I = Iđm ) phải tăng dòng điện từ hố it khoảng 1,7 ÷ 2,2 lần III.5 Đặc tính tải U = f(it) I = const ; cosϕ = const f =fđm Đặc tính tải quan hệ điện áp đầu máy phát điện đồng với dịng kích từ tải không đổi Với trị số khác I cosϕ có đặc tính tải khác nhau, có ý nghĩa đặc tính tải cảm ứng với cosϕ = ( ϕ = π/2 ) I = Iđm Đặc tính tải cảm suy từ đặc tính khơng tải tam giác điện kháng Cách thành lập tam giác điện kháng sau : 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát U UAT 2π π Urc t1 t 3π Uđk t3 t2 t4 UB t t UD ib t t Xđk t Rd TC TB AB C Ld DC DB DA TA A B C AP MFĐ Ud Hình III.18 Giản đồ đường cong dòng điện, điện áp điện áp tải t 92 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.19 Sơ đồ mạch điều chỉnh kích từ tổng qt III.5 Tính chọn thơng số mạch điều khiển Việc tính tốn mạch điều khiển thường tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên Mạch điều khiển tính xuất phát từ yêu cầu mở xung Thyristor Các thông số để tính mạch điều khiển : +Điện áp điều khiển Thyristor : Ug = Uđk = 2,5(V) +Dòng điện điều khiển Thyristor : Ig = Iđk = 0,05(A) 93 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát III.5.1 Tính chọn biến áp xung Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM Lõi có dạng hình xuyến, làm việc phần đặc tính từ hóa có mật độ từ cảm bé, khơng có khe hở khơng khí +Tỷ số biến áp xung : thường máy biến áp m = ÷ Chọn m = +Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung : U2 = Uđk = 2,5(V) + Điện áp cuộn sơ cấp máy biến áp xung : U1 = m.U2 = 3.2,5 = 7,5(V) +Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung : I2 = Iđk = 0,05(A) +Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung : I1 = I2/m = 0,05/3 = 0,017(A) III.5.2 Tính tầng khuếch đại cuối Chọn Tranzitor công suất Tr2 loại 2SC9111 làm việc chế độ xung có thơng số : +Tranzitor loại npn, vật liệu bán dẫn Si +Điện áp Colecto Bazơ hở mạch : UCBO = 40V +Điện áp Emitơ Bazơ hở mạch : UEBO = 4V +Dòng điện lớn Colectơ chịu đựng : ICmax = 500mA +Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : Tmax = 1750C +Hệ số khuếch đại : β = 50 +Dòng làm việc Colectơ : IC2 = I1 = 0,05.1000 = 50mA +Dòng làm việc Bazơ : IB2 = IC2/β = 50/50 = 1mA Ta thấy với loại Thyristor chọn có cơng suất điều khiển bé Uđk = 2,5V Iđk = 0,05A nên dòng Colectơ - Bazơ Tr2 bé Chọn nguồn cấp cho biến áp xung : E = UN = +12V Ta phải mắc thêm điện trở R7 nối tiếp với cực Emitơ Tr2 ( E − U1 ) 12 − 7,5 = = 265 (Ω) R7 = 0, 017 I1 Tất Diod mạch điều khiển dùng loại 1N4009 có tham số : +Dịng điện định mức : Iđm = 1,0A +Điện áp ngược lớn : UNmax = 25V +Điện áp Diod mở thông : Um = 1V Chọn tụ C2 R6 Điện trở R6 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazơ Tr2, chọn R6 thỏa mãn điều kiện : 94 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP R6 ≥ Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát U 12 = = 12 ( K Ω ) I B 0, 001 Tụ C2 chọn phụ thuộc vào độ rộng xung điều khiển Nó tính : tx = (μ F ) C C R = t x từ tính R6 III.5.3 Chọn tầng so sánh Mỗi kênh điều khiển phải dùng hai khuếch đại thuật toán, ta chọn loại TL084 hãng TexasInstrument chế tạo Mỗi IC có khuếch đại thuật tốn Thơng số TL084 : +Vcc 14 13 12 11 10 Hình III.20 Sơ đồ chân IC TL084 - Vcc điện áp nguồn nuôi mạch điều +Điện áp nguồn nuôi : Vcc = ±18V Chọn khiển : UN = E = ±12V +Hiệu điện hai đầu vào : ±30V +Nhiệt độ làm việc : Tlv = -25 ÷ 850C +Cơng suất tiêu thụ : P = 680(mW) = 0,68W +Tổng trở đầu vào : Rin = 106MΩ +Dòng điện đầu : Ira = 30pA +Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : dU = 13 (V / μ s ) dt Dòng điện vào tốt nên chọn nhỏ 3mA Vì tín hiệu tầng so sánh đưa sang tối đa 3mA sau khuếch đại đủ cơng suất Tranzitor mở bão hòa Ở chọn dòng vào IV = 1mA Khuếch đại thuật toán chọn TL084 UV 12 = > = = 12 ( K Ω) R R Chọn IV 1.10−3 95 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Trong với nguồn ni Vcc = ±12V điện áp vào A1 UV ≈ 12V Dòng điện vào hạn chế để Ilv < 1mA Do ta chọn R3 = R4 = 15KΩ Khi UV 12 = = 0,8 (mA) dịng vào A1 cực đại : IVmax = R 15.103 UV 12 = = 12 ( K Ω ) Tương tự nên ta chọn Chọn R5 = Rht = IV 1.10 −3 R5 = Rht = 15KΩ III.5.4 Tính chọn khâu đồng pha Điện áp tụ hình thành nạp tụ C Mặt khác để đảm bảo điện áp tụ có nửa chu kỳ điện áp lưới tuyến tính số thời gian tụ nạp Tr = R2.C = 0,005s Chọn tụ C = 0,1μF điện trở R2 = Tr/C = 0,005/0,1.10-6 = 50.103Ω Vậy R2 = 50KΩ Điện áp bão hịa khuếch đại thuật tốn : Ubh = ±E ± = ± 11V Chọn ghép quang DQ - TQ loại 4N35 có thông số sau : Điện cách điện : 3350V Điện : Vcc = 30V Dòng điện qua Diod quang lớn : Imax = 10mA Chọn dòng làm việc chạy qua Diod quang : IDQ = 3mA Vậy R1 = UV/IDQ = 30,15/3.10-3 = 10,05KΩ III.5.5 Tạo nguồn ni Tính chọn máy biến áp tạo nguồn ni, chọn kiểu máy biến áp ba pha ba trụ, trụ có bốn cuộn dây gồm cuộn sơ cấp ba cuộn thứ cấp *Cuộn cấp thứ Tạo nguồn điện áp ±12V (có ổn áp) để cấp cho ni IC , điều chỉnh dịng điện, tốc độ, điện áp Nguồn cấp cuộn dây thứ cấp a1,b1, c1 Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng Diod , điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi : U2 = 12/2,34 = 5,13V, ta chọn U2 = 9V Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 7912 Thông số chung vi mạch : +Điện áp đầu vào : UV = ÷ 35V +Điện áp đầu : Ura = 12V với IC 7812 Ura = - 12V với IC 7912 +Dòng điện đầu : Ira = ÷ 1A Tụ C4, C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn : C4 = C5 = C6 = C7 = 470μF *Cuộn cấp thứ hai 96 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát a2, b2, c2 tạo nguồn nuôi cho biến áp xung, cấp xung điều khiển cho Thyristor (+12V) Do mức độ sụt xung cho phép tương đối lớn nguồn không cần ổn áp Cần chế tạo cuộn dây riêng rẽ cới cuộn dây cấp nguồn cho IC để tránh gây sụt áp nguồn nuôi *Cuộn cấp thứ ba a3, b3, c3 cuộn dây cấp điện cho chỉnh lưu cầu ba pha để lấy tín hiệu âm điện áp cung cấp cho khâu phản hồi điện áp Đối với nguồn cấp cho khâu đồng pha ta sử dụng trực tiếp điện áp thứ cấp biến áp chỉnh lưu đưa vào khâu đồng pha C4 7812 +12V C6 a1 b1 c1 O A 400V∼ C5 B RV1 C7 7912 -12V C a2 b2 c2 C' 97 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.21 Sơ đồ ngun lý tạo nguồn ni mạch điều khiển III.6 Tính chọn khâu phản hồi III.6.1 Sơ đồ khâu phản hồi dòng B A DZ2 C RV3 Uph.I Ri Ri Ri III.22 Khâu phản hồi dịng R8 • Uđặt RV1 R11 • R9 98 • − ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.22 Sơ đồ mạch cộng đảo Khâu đồng pha tạo điện áp cưa Urc nút A U'A Tín hiệu khâu pha với tín hiệu vào Điện áp cưa gởi qua khâu so sánh A2 Tại A2 thực phép so sánh điện áp cưa Urc điện áp điều khiển Uđk Nguyên lý ổn định điện áp sơ đồ mô tả sau : Điện áp điều khiển Uđk lấy từ mạch cộng đảo A3 ba tín hiệu Uđặt, Uph.U Uph.I Hệ thống ổn định điện áp đầu cực máy phát xoay chiều không máy phụ Đại lượng cần điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát xoay chiều Umf vàø dòng điện Imf Giá trị chủ đạo Uđk phát từ biến trở RV1, giá trị Uđặt có nguồn cung cấp +E lấy từ nguồn +12V vi mạch ổn áp 7812 qua điện trở R8 Xác định giá tri tín hiệu điều khiển : U dk = − K (U dat − U ph.U + U ph I ) Trong : K : Hệ số điện trở Uđặt : Điện áp lấy từ chiết áp RV1 qua R8 Uph.U : Điện áp phản hồi tỷ lệ với điện áp máy phát lấy từ chiết áp RV2 qua R9 Uph.I : Điện áp phản hồi dòng lấy từ chiết áp RV3 qua điện trở R10 Khi phụ tải máy phát giảm điện áp cuỉa máy phát Umf tăng lên Lúc nhiệm vụ mạch ổn định điện áp phải giảm dịng kích từ (Ikt) tức giảm Ukt giảm Uđk để điện áp máy phát giảm mức ổn định cho phép Với sơ đồ mạch điều khiển thiết kế có phản hồi âm điện áp, dương dịng điện Umf tăng dẫn đến Uph.U tăng Uph.I giảm (có ngắt nên Uph.I = 0) ta có : Uđk = -K(Uđặt - Uph.U) Mà Uph.U tăng nên dẫn đến Uđk giảm kéo theo Ukt giảm Umf giảm mức ổn định 99 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Ngược lại, phụ tải máy phát tăng lên làm cho Umf giảm Imf tăng mạch điều khiển cần phải tự động tăng Uđk để tăng Ukt dẫn đến tăng Umf đến mức ổn định điện áp Như nguyên lý ổn áp điện áp máy phát giảm (Umf giảm ) dẫn đến Uph.U giảm , đồng thời Uph.I tăng ( có phản hồi dòng) Cho ta Uđk tăng làm cho điện áp máy phát tăng đến điện áp ổn định Ta có sơ đồ khối mạch ổn định điện áp sau : Uđặt Điều khiển UĐK Cuộn KT Ukt MFĐ Umf ph.i ph.u Hình III.23 Sơ đồ khối hệ thống ổn định điện áp máy phát III.6.2 Tính chọn khâu phản hồi dịng phản hồi áp Ta có : U dk = −( R8 R R U dat − U ph.U + 10 U ph I ) R11 R11 R11 Khi điện áp đầu cực máy phát Umf có giá trị nằm khoảng 0,95.Ufđm