ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình 1.10 Đồ thị véc tơ sức điện động máy phát điện đồng tải cảm Để có đặc tính phải điều chỉnh rt Z ( phải có cuộn cảm điều chỉnh ) cho I = Iđm Dạng đặc tính tải cảm đường hình 1.9 đồ thị véc tơ tương ứng với chế độ làm việc bỏ qua trị số nhỏ rư hình 1.10 III.6 Tổn hao hiệu suất máy điện đồng Khi làm việc máy có tổn hao đồng, tổn hao sắt, tổn hao kích từ, tổn hao phụ tổn hao Tổn hao đồng công suất mát dây quấn phần tĩnh với giả thiết mật độ dòng điện phân bố tiết diện dây dẫn Tổn hao phụ thuộc vào trị số mật độ dòng điện, trọng lượng đồng thường tính nhiệt độ 75oC Tổn hao sắt công suất mát mạch từ ( gông ) từ trường biến đổi hình sin( ứng với tần số f1) Tổn hao phụ thuộc trị số tần số, trọng lượng lõi thép, chất lượng tơn silic, trình độ cơng nghệ chế tạo lõi thép Tổn hao kích từ cơng suất tổn hao điện trở dây quấn kích thích chổi than Tổn hao phụ bao gồm phần sau : a Tổn hao phụ dịng điện xốy dẫn dây quấn Stator phận khác máy tác dụng từ trường tản dòng điện phần ứng sinh b Tổn hao bề mặt cực từ bề mặt lõi thép Rôtor , máy cực ẩn Stator ( có rãnh từ cảm khe hở có sóng điều hồ ) c Tổn hao Stator đập mạch ngang dọc từ thơng sóng điều hoà bậc cao với tần số khác f1 Tổn hao bao gồm : 1.Tổn hao công suất cần thiết để đưa khơng khí chất làm lạnh khác vào phận máy Tổn hao công suất ma sát ổ trục bề mặt Rôtor Stator Rôtor quay môi chất làm lạnh ( khơng khí, …) Ở máy điện đồng công suất tốc độ quay khác tỷ lệ phân phối tổn hao nói khơng giống Trong máy phát điện đồng bốn cực cơng suất trung bình, tổn hao đồng dây quấn phần tĩnh dây quấn kích từ chiếm tới khoảng 65% tổng tổn hao Trong tổn hao lõi thép Stator ( kể tổn hao tổn hao phụ ) chiếm khoảng 14% Trong máy phát điện 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát tuabin nước công suất lớn, tốc độ chậm tổn hao dây quấn phần tĩnh dây quấn kích từ chiến khoảng 35%, cịn tổn hao lõi thép Stator chiếm tới 37% Đối với máy phát tuabin nước tổn hao phui chiếm tới 11%, máy phát tuabin chủ yếu tổn hao bề mặt tổn hao đập mạch vào khoảng 18% Hiệu suất máy điện đồng xác định theo biểu thức : η= P2 P2 + ∑ p P2 – công suất đầu máy Σp – tổng tổn hao máy Hiệu suất máy phát điện làm lạnh khơng khí cơng suất 0,5÷3000kW vào khoảng 92÷95%, cơng suất 3,5÷100000kW vào khoảng 95 ÷ 97,8% Nếu làm lạnh Hyđrơgen hiệu suất tăng khoảng 0,8% Trong PHẦN II THIẾT KẾ TÍNH TỐN ĐIỆN TỪ VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU CHƯƠNG I TÍNH TỐN VÀ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU Những kích thước chủ yếu máy điện đồng đường kính Stator D chiều dài lõi sắt l Mục đích việc chọn kích thước chủ yếu để chế tạo máy kinh tế hợp lý mà tính phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước Kích thước D, l tỷ lệ chúng định trọng lượng, giá thành, đặc tính kinh tế kỹ thuật độä tin cậy lúc làm việc máy Vì giai đoạn 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát giai đoạn công việc thiết kế máy điện Mặt khác kích thước D l phụ thuộc vào công suất P, tốc độ quay n, tải điện từ A, Bδ vật liệu tác dụng máy Việc chọn A Bδ ảnh hưởng nhiều đến kích thước chủ yếu D l Về mặt tiết kiệm nhiên liệu nên chọn A Bδ lớn, A Bδ lớn tổn hao đồng sắt tăng lên, làm máy nóng, ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng máy Do chọn A Bδ cần xét đến chất lượng vật liệu sử dụng Nếu dùng vật liệâu sắt từ tốt chọn Bδ lớn Dùng dây đồng có cấp cách điện cao chọn A lớn Ngoài tỷ số A Bδ ảnh hưởng đến đặc tính làm việc máy phát điện A đặc trưng cho mạch điện cịn Bδ đặc trưng cho mạch từ Các thông số ban đầu : Công suất định mức máy phát : Pđm = 12kVA Điện áp định mức : Uđm = 400V Tần số : f = 50Hz Tốc độ định mức : n = 1500vg/ph Hệ số công suất : cosϕ = 0,8 Số pha : m=3 Tính tốn thơng số : Điện áp pha máy phát : U= U dm 400 = = 230,94 (V ) 3 Cơng suất điện từ tính tốn P’: P ' = K E Pdm = 1, 08.12 = 12,96(kVA) Trong KE hệ số thể mối quan hệ sức điện động khe hở điện áp máy phát Hệ số KE tính sau : * 2* K E = Eδ = cos ϕdm + (sin ϕdm + xσ )2 = = 0,82 + (0, + 0,125) = 1, 08 sin ϕ = − cos ϕdm = − 0,82 = 0, Với Và thường máy phát xσ∗ = 0,06 ÷ 0,15 ta chọn xσ∗ = 0,125 Dòng điện pha định mức : 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Pdm I dm = 3.U dm = 12000 = 17,321 ( A) 3.400 Số đôi cực : p= 60 f 60.50 = =2 n 1500 Đường kính Stator : Theo hình 11.2 [1] với P’ = 12,96 (kVA) số đôi cực p = 2, đường kính Stator : D = 22,3 (cm) Đường kính ngồi lõi sắt Stator : Dn = D 22,3 = = 32, 79 (cm) K D 0, 68 Trong KD xác định theo số đơi cực KD = 0,66 ÷ 0,7 với 2p = Ta chọn KD = 0,68 Theo bảng 11.2 [1] ta chọn đường kính ngồi Dn = 32,7 (cm) Chiều cao tâm trục h = 20 (cm) Bước cực : τ= π D 2p = π 22,3 = 17,514 (cm) Sơ chiều dài tính tốn Stator : lδ' = = 6,1.P ' 107 = αδ ks kdl A.Bδ D n 6,1.12,96.107 = 13,54 (cm) 0, 66.1,15.0,92.162.0, 7.22,32.1500 Trong : P’- cơng suất tính toán (kVA) kdl - hệ số dây quấn Với máy có P = 12kVA 2p = hệ số dây quấn nằm khoảng 0,91 ÷ 0,92 Do chọn kdl = 0,92 αδ - hệ số cung cực từ Chọn αδ = 0,66 ks - hệ số dạng sóng Chọn ks = 1,15 αδ.ks - tích số αδ.ks = 0,75 A - tải đường Theo hình 11.4 [1] với bước cực τ = 17,514(cm) ta có A = 162 (A/cm) Bδ - tải điện từ Theo hình 11.4 [1] với bước cực τ = 17,514(cm) ta có Bδ = 0,7 (T) D - đường kính Stator (cm) 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát n - tốc độ dịnh mức (vg/ph) So sánh tính kinh tế : λ= lδ τ = 13,54 = 0, 773 17,514 Ta nhận thấy hệ số λ nằm vùng kinh tế hình 11.5 [1].Nên phương án hợp lý CHƯƠNG II TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC STATOR, DÂY QUẤN STATOR VÀ KHE HỞ KHƠNG KHÍ 10.Sơ định chiều dài lõi sắt Stator : l1' = lδ' = 13, (cm) 11 Với máy có cơng suất P = 12kVA có chiều dài lõi sắt l = 13,5cm ta chọn loại thép cán nguội 2211, với chiều dài ngắn lõi sắt ép thành khối, khơng cần rãnh thơng gió 12.Số mạch nhánh song song dây quấn Stator : Do dịng điện pha tính I = 17,321A < 50A lấy a = nhánh 13.Số rãnh pha cực : Với 2p < chọn q số nguyên khoảng q = 3÷ 5, trị số lớn dùng cho máy có số đơi cực Do chọn q = rãnh 14.Số rãnh Stator Z1 : Z1 = 2.m p.q = 2.3.2.3 = 36 (rãnh) 15 Bước rãnh t1 : t1 = π D Z1 = π 22,3 36 = 1,95 (cm) 16 Số dẫn tác dụng rãnh Stator : 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát ur1 = t1.a1 A 1,95.1.162 = = 18, (rãnh) I dm 17,321 Chọn số dẫn tác dụng rãnh ur1 = 18 (rãnh) 17 Với điện áp U = 400V, chiều cao tâm trục h = 20cm ta chọn dây quấn hai lớp phần tử mềm đặt vào rãnh nửa kín 18 Số vịng dây pha : W1 = p.q.ur1 2.3.18 = = 108 (vịng) a1 Tính lại tải đường A : Att = Sai số : 2.mW1.I dm 2.3.108.17,321 = = 160, 21 ( A / cm) p.τ 2.2.17,514 ΔA = Att − A 160, 21 − 162 100 = 100 = 1,12 (%) Att 160, 21 Ta nhận thấy trị số tải đường có giá trị sai số nằm phạm vi cho phép ΔA =1,12%