ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Theo đặc tính khơng tải bảng tính phần với E0* = Fδ0 = 1008,4A Với E* = 0,5 Fδ = 504,2A kμo = Fto 561,95 = = 1,11 504, Fδ 95 Điện kháng phần ứng ngang trục : * xuq = kuq Fudm + kδ 0, 445.1194,5 + 1,373 = = 0,563 k μ o Fδ o 1,11.1008, kưq = 0,445 tra theo hình 11-12 [1] kδ = 1,373 hệ số khe hở khơng khí 96 Điện kháng đồng dọc trục : Ở : * * * xd = xσ + xud = 0, 044 + 0,928 = 0,972 97 Điện kháng đồng ngang trục : * * * xq = xσ + xuq = 0, 044 + 0,563 = 0, 607 Eδ* 1,5 0,5 Fδ zg Fδ 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 * Hình IV.1 Quan hệ E* = f( Eδ = f ( 1,5 Fδ zg Fδ )) 34 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Q Euq* cosψ Eod* j.I.x σ∗ ψ -Euq* Eδ∗ Eδd* I.r*1 U* I* υ ψ ϕ Hình IV.2 Đồ thị véc tơ lúc tải định mức 35 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát 1,4 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 F*to Hình IV.3 Đường đặc tính không tải tính toán CHƯƠNG VI 36 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát TÍNH TỐN DÂY QUẤN KÍCH TỪ VÀ CÁC THAM SỐ CỦA MẠCH KÍCH TỪ Dây quấn kích từ máy đồng cực lồi đặt thân cực từ Rôtor Với máy công suất 100KW (2p =4) thường dùng dây đồng tròn hay tiết diện chữ nhật có cách điện men hay sợi thuỷ tinh quấn thành lớp nhiều lớp 98 Theo bảng tính tốn ta vẽ đặc tính từ hố đặc tính * Eo = f ( Fδ zg Fδ * * ) hình IV.1 Theo đồ thị véc tơ hình IV.2 với Iđm , Uđm , cosϕđm ; r1* ; xσư* xác định Eδ* = 1,067 δ = 0,250 F Từ hình IV.1 với Eδ* = 1,067 có δ zg = 1, 06 theo hình 11-13 [1] Fδ k’’bđ = 0,96 ; k’’bq = 0,9 ; k’’qđ = 0,00075 E* φ* φ*c = f(F*c) 1,4 E* = φ* = f(Fδzg) φc* Eδd* 0,5 φσ* = f(F*δzg) Fcg* Fδd* * F ưd Fcg* F* F*tđm Hình VI.1 Các phần đặc tính từ hố 99 Sức từ động : ' Fuq cosψ Trong : * Fudm = * = kbq" kuq Fudm = 0,9.0, 445.0,85 = 0,34 Fudm 1194,5 = = 0,85 0,5.2815,5 Fto 37 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát * Theo sức từ động đặc tính E δ = f(Fδzg), sức điện động * Euq ta xác định giá trị đại số * Từ đồ thị véc tơ với U đm, I * cosψ đm, r1 * ,x * Euq cosψ * * = j.I dm xuq từ = 0,563 * σư, * Euq cosψ , cosϕđm = 0,8 nên ϕ = 36,860 xác định θ = 17,94 Tính Ψ = ϕ + θ = 36,860 + 17,940 = 54,80 ; * cosψ = cos54,8 = 0, 576 sinψ = sin 54,8 = 0,817 E ưq = 0,563.0,576= 0,324 Gọi góc véctơ E*δ véctơ Eδd* δd : δd = θ - δ = 17,94 - 0,25=17,690 Từ đồ thị véc tơ IV.2 với Eδ* = 1,067; E*ưq = 0,324; δd = 17,690 xác định E*δd = E*δ.cosδd = 1,067.cos17,690 = 1,017 Tương ứng hình VI.1 (các phần đặc tính từ hố ) theo đường cong khơng tải ta có với * Eδ*d = Φδ d = 1, 017 Fδ*d = 1, 050 100 Sức từ động phản ứng phần ứng dọc trục : τ δ * '' * '' * Fud = kbd kud Fudm sinψ + kbq Fudm cosψ = 17,514 0,85.0,576 = 0, 623 0,15 * Với sức từ động tổng Fδ*d + Fud = 1, 05 + 0, 623 = 1, 673 từ đặc tính Φσ = f ( Fδ zg ) = 0,96.0,87.0,85.0,817 + 0, 00075 * * Φσ = 0,144 Từ thông cực từ : Φ* = Φ* d + Φσ = 1, 017 + 0,144 = 1,161 c δ * Từ đặc tính Φ* = f ( Fc* ) với Φσ = 1,161 Fc* = 0, 482 c 101 Sứùc từ động định mức dây quấn kích từ ( trị số tương đối ) : * * Ftdm = Fδ*d + Fud + Fc* = 1, 05 + 0, 623 + 0, 482 = 2,155 102 Sức từ động định mức dây quấn kích từ : * Ftdm = Ftdm Fto = 2,155.2815,5 = 6067, ( A) 103 Chiều dài trung bình vịng dây dây quấn kích từ : 38 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát ltb = 2.(lc + bc − 2.r) + π (2.r + 2.δ1 + b) = = 2.(13,5 + − 2.1,5) + π (2.1,5 + 2.0,15 + 0,88) = 42,1 (cm) = 0,42 (m) Ở : lc = 13,5cm b’ : xác định theo bc Với bc = 4cm chọn b’ = 1cm δ1 : chiều dầy cách điện khe hở Chọn δ1 = 0,1cm b = 0,06.τ = 0,06.17,514 = 0,88 (cm) Chọn r = 1,5cm bán kính dây quấn kích từ góc cực từ Sử dụng kích từ Thyristor có điện áp Utđm = 65V; điện áp đầu cực dây quấn kích từ U’t = 63V 104 Tiết diện dây quấn kích từ sơ st' = 1,15ρ120 Ở : ρ120 p.Ftdm.lttb 2.6067,4.0,42 = 1,15 = 2,326 (mm2 ) ' 40 63 Ut Ω.mm = ( ) - điện trở suất đồng nhiệt độ làm việc 40 m p : số đơi cực lttb : chiều dài trung bình vòng dây Ut’ : điện áp đặt lên đầu cực dây quấn kích từ Với tiết diện dây quấn kích từ ta chọn dây quấn dây có tiết diện trịn 105 Dịng điện kích từ : I tdm = st' J t = 2,326.3,8 = 8,8 ( A) Trong dây quấn kích từ nhiều lớp, cách điện cấp B chọn mật độ dòng điện J t = 3,8 ( A / mm ) 106 Số vịng dây cuộn kích từ cực : wt1 = Ftdm 6067, = = 172 (vo`ng ) 4.I tdm 4.8,8 39 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Chọn kích thước dây dẫn kích từ đồng theo thiêu chuẩn, chọn dây dẫn tròn Nga ký hiệu PETV với kích thước sau : Tiết diện dây chuẩn : st = 2,38mm2 Đường kính dây dẫn khơng kể cách điện : dKcđ = 1,74mm Đường kính dây dẫn kể cách điện : dcđ = 1,825mm 107 Khoảng cách bé hai cuộn dây kích từ : π ( D − 2.δ − 2.hm − 2.hc ) − bc − 2.δ1 − 2.b = p π (22,3 − 2.0,15 − 2.1, − 2.5,16) = − − 2.0,15 − 2.0,88 = 0, (cm) 2.2 x= Trong : δ1 = 0,15cm : chiều dày cách điện khe hở δ = 0,15cm : khe hở khơng khí cực từ hm = 1,6cm : chiều cao mặt cực từ chọn hc = 5,16cm : chiều cao thân cực từ bc = 4cm : chiều rộng cực từ chọn Hình VI.2 Rôtor máy điện đồng công suất nhỏ 108.Số vòng dây lớp dây quấn kích từ theo chiều cao cực từ : hc − 2.δ c' 5,16 − 2.0,15 N1l = = 10 = 26, (vòng) d cd 1,825 Vậy N1l = 27 vịng Trong : δ c' = 0,15cm : cách điện với đầu cực gông từ dcđ = 1,825mm : kích thước dây dẫn kể cách điện 109 Số lớp dây quấn kích từ cực : Với lớp dây quấn có 27vịng, ta chọn : Lớp thứ hai có : 27 - = 25 vịng Tương tự lớp thứ ba có : 27 - = 23 vịng Lớp thứ tư có : 27 - = 21 vaòng 40 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Lớp thứ năm có : 27 - = 19 vịng Lớp thứ thứ sáu có : 27 - 10 = 17 vịng Lớp thứ bảy có : 27 - 12 = 15 vịng Lớp thứ tám có : 27 - 14 = 13 vịng Lớp thứ chín có : 27 - 15 = 12 vịng Lớp thứ mười có : 172 - 27 - 25 - 23 - 21 - 19 - 17 - 15 - 13 - 12 = vịng Vậy dây quấn kích từ có 172 vịng , quấn thành m = lớp 10 Tính lại mật độ dịng điện dây quấn kích từ : Jt = I tdm 8,8 = = 3, ( A / mm ) st 2,38 112 Tổng chiều dài dây quấn kích từ tính tốn cực : Lkt = Wt1.lttb = 172.0, 42 = 72, (m) 113 Độ tăng nhiệt dây quấn kích từ : l ⎡ ⎤ (2,8 + ).Ftdm J t ⎢ δ (m − 0,5).(1, + v ) ⎥ r τ Δθt = ⎢1 + cd ⎥= l1 76.C.(1, + vr ) ⎢ ⎥ 2,8 + τ ⎣ ⎦ 13,5 ⎡ ⎤ (2,8 + ).6067, 4.3, ⎢ 2.0, 0085.(9 − 0,5).(1, + 17,5) ⎥ 17,514 = ⎢1 + ⎥ = 45, 65 13,5 76.4,93.(1, + 17,5) ⎢ ⎥ 2,8 + ⎢ ⎥ 17,514 ⎣ ⎦ Ftđm =6067,4A : sức từ động kích từ định mức Jt =3,7A/mm2 : mật độ dịng điện dây quấn kích từ δ cd = d cd − d kcd = 1,825 − 1, 74 = 0, 085 (mm) = 0, 0085 (cm) : chiều dày cách điện phía dây quấn kích từ C = 4,93cm : chiều cao lớp dây quấn kích từ vr = 17,5m/s : vận tốc bề mặt cực từ (mục 58 chương III) Ta nhận thấy độ chênh nhiệt tính Δθt = 45, 650 ≤ 800 Đối với cách điện cấp B hoàn toàn hợp lý 114 Chiều cao xác thân cực từ : Ở : hc = d cd 1,825 N1l + 2.δ c' = 27 + 2.0,15 = 5, 23 (cm) 10 10 Ta nhận thấy chiều cao lớn chiều cao giả thiết ban đầu 5,16cm 1,55% nên tính lại sức từ động cực từ 115 Điện trở dây quấn kích từ : 41 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát rt120 = ρ120 Trong : ρ120 = p.Wt1.lttb 2.2.172.0, 42 = = 3, 035 (Ω) st 40 2,38 Ω.mm ( ) : điện trở suất đồng cách điện cấp 40 m B Wt1 = 172vòng lttb = 0,342m 116 Điện trở dây quấn kích từ nhiệt độ làm việc 750C : rt 75 = rt120 ρ75 1/ 46 = 3, 035 = 2, 639 (Ω) ρ120 1/ 40 117 Điện áp đầu cực cuộn dây kích từ tải định mức nhiệt độ θ t = 1200 C : ' U tdm = I tdm rt120 = 8,8.2, 639 = 26, 71 (V ) 118 Hệ số dự trữ kích từ : kkt = Ở : U tdm 65 = = 2, 26 U + ΔU ch 26, 71 + ' tdm ΔU ch = 2V : điện áp rơi chổi than 119 Cơng suất kích từ định mức : Ptdm = U tdm I tdm 10 −3 = 65.8,8.10−3 = 0,572 (kW ) 120 Điện kháng dây quấn kích từ : x = 1, 27.kud x (1 + * t Trong : 2.k μ o Fδ o lc ∑ λ 10−2 )= Φ 2.1,11.2016, 7.15,5.0,827.10−8 ) = 1, 085 = 1, 27.0,87.0,928.(1 + 0, 009805 * ud xưd* = 0,928 kưd = 0,87 lc = 15,5cm ∑ λ =λ rl + λcl 1,53 kμo =1,11 Fδo = 2016,7A Φo = 0,009805Wb + λcb 2, 65 = (0,515 + 0, 423 0, 095 ).10−6 = 0,827.10−6 + 1,53 2, 65 Với λrl , λcl , λcb tính mục 69; 70; 71 121 Điện kháng tản dây quấn kích từ : 42 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát * * xσ t = xt* − xud = 1, 085 − 0,928 = 0,157 122 Điện trở tương đối dây quấn kích từ nhiệt độ 70oC : 0, 22.Fudm kud ltb 0, 22.2.1194,5.0,87 2.42.10−4 rt = = = 0, 00835 0, 009805.50.172.2,38 Φ o f W1t st * Ở : ltb = 39cm chiều dài trung bình vịng dây quấn kích từ Fưđm = 2×1194,5A sức từ động đơi cực CHƯƠNG VII TÍNH KHỐI LƯỢNG, TÍNH TỔN HAO VÀ TÍNH TỐN NHIỆT a Trọng lượng vật liệu tác dụng 123 Trọng lượng lõi sắt Stator : GFez1 = 7,8.l1.kc hr1.bztb Z 10−3 = = 7,8.13,5.0,95.2, 2.0,94.36.10−3 = 7, 45 ( Kg ) hr1 = 2,2cm chiều cao rãnh Stator bztb = 0,94cm bề rộng trung bình 124 Trọng lượng gông lõi sắt Stator : Với : 43 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát GFeg1 = 7,8.l1.kc π ( Dn − hg1 ).hg1.10−3 = = 7,8.13,5.0,95.π (32, − 3).3.10−3 = 28 ( Kg ) Với : hg1 = 3cm chiều cao gông lõi thép Stator 125 Trọng lượng đồng dây quấn Stator : ltb1 −3 10 = 73, = 8,9.0,849.18.36.3 .10−3 = 5, ( Kg ) 2.100 GCu1 = 8,9.s1.ur Z n1 Với : ltb1 = 73,4cm chiều dài trung bình vịng dây Stator 126 Trọng lượng đồng dây quấn kích từ : Gkt = 8,9.st lttb p.W1t 10−3 = = 8,9.2,38.0, 42.2.2.172.10−3 = 6,12 ( Kg ) 127 Trọng lượng sắt cực từ : GFec = 7,8.lc kc 2 p.(hc bc + 0,8.hm bm ).10−3 = = 7,8.15,5.0,97.2.2.(5, 23.4 + 0,8.1, 6.12, 26).10−3 = 17,17 ( Kg ) 128 Trọng lượng sắt gông Rôtor : GFeg = 7,8.lg π ( D − 2.δ − 2.hcm − hg ).hg 10−3 = = 7,8.13,5.π (22,3 − 2.0,15 − 2.6, 76 − 3, 6).3, 6.10−3 = 5,81 ( Kg ) 129 Toàn trọng lượng đồng : GCu = GCu1 + Gkt = 5, + 6,12 = 11,52 ( Kg ) 130 Toàn trọng lượng thép : GFe = GFez1 + GFeg1 + GFec + GFeg = = 7, 45 + 28 + 17,17 + 5,81 = 58, 43 ( Kg ) b Tổn hao hiệu suất 131 Tổn hao đồng dây quấn Stator : PCu1 = m.I r1(75) 10−3 = 3.17,3212.0, 677.10−3 = 0, 0352 (kW ) 132 Tổn hao dây quấn kích từ : 44 ... 7, 45 + 28 + 17,17 + 5,81 = 58, 43 ( Kg ) b Tổn hao hiệu suất 131 Tổn hao đồng dây quấn Stator : PCu1 = m.I r1(75) 10? ?3 = 3. 17 ,32 12.0, 677.10? ?3 = 0, 035 2 (kW ) 132 Tổn hao dây quấn kích từ : 44 ... 0,5 63 * σư, * Euq cosψ , cosϕđm = 0,8 nên ϕ = 36 ,860 xác định θ = 17, 94 Tính Ψ = ϕ + θ = 36 ,860 + 17, 940 = 54, 80 ; * cosψ = cos 54, 8 = 0, 576 sinψ = sin 54, 8 = 0,817 E ưq = 0,5 63. 0,576= 0 ,32 4. .. 25 - 23 - 21 - 19 - 17 - 15 - 13 - 12 = vòng Vậy dây quấn kích từ có 172 vịng , quấn thành m = lớp 10 Tính lại mật độ dịng điện dây quấn kích từ : Jt = I tdm 8,8 = = 3, ( A / mm ) st 2 ,38 112