ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Pt = ( I tdm r1(75) + ΔU ch I tdm ).10−3 = = (8,82.2, 639 + 2.8,8).10−3 = 0, 222 (kW ) 133 Tổn hao sắt gông Stator : f 1,3 ) GFeg1.10−3 = 50 50 = 1,3.2,5.1,3782.( )1,3 28.10−3 = 0,1728 (kW ) 50 PFeg1 = k gcg p1/ 50 Bg1.( Trong : kgcg = 1,3 hệ số gia công gông P1/50 = 2,5W/kg suất tổn hao thép tần số từ hoá f = 50Hz mật độ từ thông B = 1T Bg1 = 1,378T mật độ từ thông gông Stator 134 Tổn hao sắt Stator : f 1,3 ) GFez1.10−3 = 50 50 = 1, 7.2,5.1,507 2.( )1,3 7, 45.10−3 = 0, 0719 (kW ) 50 PFez1 = k gcz p1/ 50 Bz21.( Trong : kgcz = 1,7 hệ số gia công Bz1 = 1,507T mật độ từ thông Stator 135 Tổn hao : PCo = 3, 68 p.( vr l1 17,5 13,5 ) ) = 3, 68.2.( = 0, 2265 (kW ) 40 100 40 100 Trong : vr =17,5m/s tốc độ cực từ 136 Tổn hao bề mặt bề mặt cực từ : Pbm = p.τ α m l2 pbm 10−7 = = 2.2.17,514.0, 7.13,5.378,39.10−7 = 0, 025 (kW ) Trong : Z n pbm = ko ( )1,5 (10.Bo t1 ) = 10000 36.1500 1,5 ) (10.0, 238.1,95) = 378,39 = 1, 4.( 10000 : suất tổn hao bề mặt trung bình ko = 1,4 : hệ số kinh nghiệm 45 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát t1 =1,95cm : bước Bo = kδ β o Bδ = 1,373.0, 251.0, 69 = 0, 238 (T ) Với Bδ δ = 0, 69 = 4, tra theo đường cong hình 6-1 [1] 0,15 ta β o = 0, 251T 137 Tổn hao phụ có tải : Pf = 0, 005.P dm = 0, 005.9, = 0, 048( kW ) Với công suất tác dụng định mức : Pdm = 3.Udm Id m cosϕ.10−3 = 3.400.17,321.0,8.10−3 = 9,6 (kW ) 138 Tổng tổn hao lúc tải định mức : ∑P = P Cu1 + Pkt + PFeg1 + PFez1 + PCo + Pbm + Pf = = 0, 0352 + 0, 222 + 0,1728 + 0, 0717 + 0, 2265 + 0, 025 + 0, 048 = 0,8 (kW ) 139 Hiệu suất máy phát : η = (1 − ∑ P ).100% = (1 − 0,8 ).100% = 92% +∑P 9, + 0,8 P dm c Độ tăng nhiệt dây quấn Stator 140 Dòng nhiệt qua bề mặt Stator : qc = ρθ A.J (1 + ltb P ) + Fe1 = π D.l1 l1 0,5.73, (0,1728 + 0, 0719 + 0, 025).1000 160, 21.6,801.(1 + )+ = 1, 29 (W / cm2 ) 4020 13,5 π 22,3.13,5 Ω.mm Với : ( ) điện trở suất dây dẫn nhiệt độ cho ρθ = 4020 cm = phép A = 160,21(A/cm) tải đường PFe1 : tổn hao sắt lúc không tải (kW) PFe1 = PFeg1 + PFez1 + Pbm = 0,1728+0,0719+0,025 =0,2697(kW) J = 6,801A/mm2 mật độ dòng điện dây quấn Stator Hệ số tản nhiệt bề mặt : 46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát α v = α o (1 + 0,1.v ) = 8.10−3.(1 + 0,1.17,5) (W / cm C ) Với l1 τ = 13,5 < nên chọn α o = 8.10 −3 (W / cm o C ) 17,514 v : vận tốc bề mặt Rôtor (m/s) 141 Độ tăng nhiệt mặt lõi sắt Stator so với môi trường : θα = qc αv = 1, 29 = 58, 64o C 8.10 (1 + 0,1.17,5) −3 142 Dòng nhiệt qua phần đầu nối dây quấn : qd = ρθ A.J t1 1,95 160, 21.6,801 = = 0, 0669 C1 4020 7,91 Với : C1 = 7,91cm chu vi rãnh Stator 143 Độ tăng nhiệt mặt đầu nối dây quấn Stator so với nhiệt độ môi trường : θd = qd 0, 0669 = = 22, 6o C −3 α (1 + 0, 07.v) 1,33.10 (1 + 0, 07.17,5) Với τ = 17, 514cm < 40cm ta chọn α = 1,33.10−3 (W / cm o C ) 144 Độ tăng nhiệt lớp cách điện rãnh : θ cd = 9,87 o C 145 Độ tăng nhiệt trung bình dây quấn Stator : (θ cd + θα ).l1 + (θ cd + θ d ).ldn = ltb (9,87 + 58, 64).13,5 + (9,87 + 22, 6).23, = = 45, 73o C 73, θ1 = d Đặc tính máy phát 146 Năng lực tải tĩnh : 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát * M max Eo 1,83 = * = = 2, 46 M dm xd cosϕ 0,972.0,8 Với sức từ động kích từ định mức Ftđm* = 2,155; từ đặc tính khơng tải ta Eo* = 1,83 Theo hình 11-29 sách thiết kế máy điện, với * * xd − xq * o * q E x = 0,972 − 0, 607 = 0,329 1,83.0, 607 Tra k = 1,046 147 Đặc tính góc M = f(θ) theo hình : M* = = * Eo 1 sinθ + ( * − * ).sin2θ = * xq xd xd 1,83 1 sinθ + ( ).sin2θ = − 0,972 0, 607 0,972 = 1,88.sinθ + 0,309.sin2θ M* 1,88.sinθ + 0.309.sin 2θ 1,88.sinθ 1,5 0, 309.sin 2θ 0,5 120 150 30 60 90 180 Hình VII.1 Đặc tính góc θ 48 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát CHƯƠNG VIII TÍNH TỐN KẾT CẤU Ngồi việc phải chịu tồn trọng lượng Rơtor ra, trục cịn chịu mơ men xoắn mơ men uốn q trình truyền động tải Ngoài cần ý đến lực từ phía khe hở khơng khí khơng sinh Cuối trục phải chịu lực cân động không tốt gây nên, tốc độ giới hạn Với kích thước chủ yếu : -Đường kính lõi sắt Stato D = 22,3(cm) -Chiều dài lõi sắt Stator : l = 13,5(cm) 148 Đường kính trục chỗ đặt lõi sắt chọn gần theo : Dt = 0, 25.D ' = 0, 25.22 = 5,5 (cm) Trong D' đường kính ngồi cực từ Rơtor Được tính theo : D ' = D − 2.δ = 22,3 − 2.0,15 = 22 (cm) Với δ = 0,15cm : chiều rộng khe hở khơng khí Trục chế tạo thép tốt, chọn thép số 40 Đối với đường kính chưa đến 100mm theo [1] nên dùng phơi liệu thép cán Trên trục có nhiều bậc Tuy nhiên đường kính trục 5,5cm nên gia cơng đường kính bậc thang kề khác để tăng cường sức bền trục tính kinh tế lúc gia công 149 Mô men quay trục : M= P ωdm = P 9, 6.103 = = 61,12 ( N m) 2.π f 2.π 50 p 150 Các kích thước tiêu chuẩn hóa theo bảng III [1] : Với mơ men quay M = 61,12N.m ta có kích thước đầu trục máy điện : Đường kính d1 : d1 = 3,8(cm) Chiều dài l1 : l1 = 8(cm) 151 Với chiều cao tâm trục h = 20(cm) ta chọn kích thước khác máy sau : Khoảng cách bắt bulông hai chân đế theo hướng trục : b10 = 318(mm) = 31,8(cm) Khoảng cách bắt bulông hai chân đế theo hướng kính : 49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát l10 = 267(mm) = 26,7(cm) l31 =133(mm) = 13,3(cm) Đường kính lỗ chân đế : d10 = 19(mm) = 1,9(cm) 152 Tính tốn trục a Tính độ võng trục 153 Trọng lượng Rôtor theo (9-1) [1] : G = 6,3.( D '2 l ).10−3 = 6,3.222.13,5.10−3 = 41, ( Kg ) Với D' = 22cm đường kính ngồi lõi sắt Rơtor l = 13,5cm chiều dài lõi săt Rơtor Vì máy có cơng suất bé ta bỏ qua đường kính chiều dài cổ góp 154 Mơ men xoắn đầu trục định mức : M x = 97500 P 9, = 97500 = 624 ( Kg cm) 1500 n 155 Lực kéo đầu trục : P = k2 Mx 624 = 0,3 = 197,1 ( Kg ) Ro 1,9 Trong Ro = d1/2 = 3,8/2 =1,9(cm) bán kính trục nối k2 = 0,3 truyền động nối trực tiếp Trên trục có lực tác dụng sau : -Trọng lượng G thân lõi sắt dây quấn sinh -Trọng lượng K phận khác cổ góp, cánh quạt, lực kéo đầu trục P phương thức truyền động gây nên, lực từ phía khe hở khơng khí khơng sinh Thực tế lực tác dụng lên trục vị trí khác để đơn giản coi chúng tác dụng lên chỗ A B Hình VIII.1 Biểu đồ lực + Q0 tốn G tính đoạn a 1a 2a 3a 4a đoạn b 3b 2b 1b P đoạn c 50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình VIII.2 Các kíc thước để tính toán trục Phần bên phải trục : d1 Ji Tiết diện (cm) (cm4) 1b 3.8 10.235 2b 4.4 18.398 3b 30.68 yi (cm) 2.4 yi3 (cm3) 13.824 125 343 yi3-y3i-1 (cm3) 13.824 111.176 231.824 yi3-y3i-1 /Ji (cm-1) 1.351 6.043 7.556 yi2-y2i-1 (cm2) yi2-y2i-1 /Ji (cm2) 5.76 5.76 0.563 25 19.24 1.046 49 29.76 0.97 yi2 (cm2) 51 ĐỒ b ÁN TỐT NGHIỆP 5.5 Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát 44.918 13.75 2599.61 2367.785 189.06 67.66 Sb = 52.714 So = 159.303 3.547 6.13 Phần bên trái trục : Tiết diện d1 Ji xi xi3 xi3-x3i-1 1a 2a 3a 4a a (cm) 3.8 4.2 4.6 4.8 5.5 (cm4) 10.235 15.275 21.979 26.058 44.918 (cm) 2.4 16 17 24.75 (cm3) 13.824 64 4096 4913 15160.9 (cm3) 13.824 50.176 4045.824 867.176 14293.746 Sa = xi3-x3i-1 /Ji (cm-1) 1.351 3.285 184.077 33.279 318.219 540.211 156 Độ võng trục fG trọng lượng Rôtor gây nên : G ( Sb a + S a b ) = 3.E.l 41, = (67, 66.24, 752 + 540, 211.13, 752 ) = 0, 633.10−3 (cm) 3.2,1.10 38,5 fG = Trong E = 2,1.106 (Kg/cm2) mơ men đàn tính thép Sb = 67,66 Sa = 540,211 l = a + b = 24,75 + 13,75 = 38,5(cm) 157 Độ võng trục fP lực đầu trục P gây nên : P [(1,5.l.So − Sb ).a + b.Sa ] = 3.E.l 197,1 = [ (1,5.38,5.6,13 − 67, 66).24, 75 + 13, 75.540, 211] = 0,306.10−3 (cm) 3.2,1.106.38,52 fP = Trong : So = 6,13 158 Độ lệch tâm ban đầu : eo = 0,1.δ + f G + f P = 0,1.0,15 + 0, 633.10−3 + 0,306.10−3 = 0, 0159 (cm) 159 Lực từ phía ban đầu : Qo = 3.D.l eo δ = 3.22.13,5 0, 0159 = 94, 45 ( Kg ) 0,15 52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát 160 Độ võng fM lực từ phía gây : fM = fo 0,1451.10−2 = = 0,16.10−2 (cm) 1− m − 0, 091 Trong : Qo 94, 45 = 0, 633.10−3 = 0,1451.10−2 (cm) 41, G f 0,1451.10−2 m= o = = 0, 091 (cm) 0, 0159 eo fo = fG 161 Độ võng tổng cộng : f = f G + f P + f M = 0, 633.10−3 + 0,306.10 −3 + 0,16.10−2 = 0, 254.10−2 (cm) 161 Tốc độ giới hạn : ngh = 300 1− m − 0, 091 = 300 = 11370 (vòng/phút) fG 0, 633.10−3 Tốc độ cao hẳn tốc độ định mức nên độ cứng trục đạt yêu cầu PHẦN III THIẾT KẾ SƠ ĐỒ VÀ TÍNH TỐN MẠCH ỔN ĐỊNH ĐIỆÂN ÁP MÁY PHÁT CHƯƠNG I KHÁI QUÁT HỆ KÍCH TỪ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I.1 Đại cương Điện cung cấp cho phụ tải phải có chất lượng đảm bảo để không ảnh hưởng nhiều đến tiêu kinh tế kỹ thuật chúng Để có chất lượng điện đảm bảo trị số hai đại lượng tần số điện áp phải nằm giới hạn quy định tiêu chuẩn Điện áp đầu cực máy phát điện UF thay đổi so với trị số định mức phụ tải thay đổi đóng cắt đột ngột 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát phụ tải, cắt đường dây máy biến áp mang tải, cắt máy phát điện mang tải Khi có thay đổi phụ tải có cố ngắn mạch điện áp đầu cực máy phát bị sụt giảm, hệ thống bị ổn định gây nhiều hậu nghiêm trọng động vận hành quay chậm lại ngừng hẳn, ảnh hưởng đến tiêu kinh tế kỹ thuật chúng; hệ thống ánh sáng khơng ổn định Vì vấn đề tự động ổn định điện áp máy phát vấn đề cần thiết máy phát điện đồng Để ổn định điện áp máy phát phải tác động vào hệ thống kích từ Kích từ yếu tố quan trọng máy phát điện đồng Ta biết điện áp thành lập đầu cực máy phát nhờ dịng kích từ nên tính chất làm việc ổn định đảm bảo máy phát điện đồng phụ thuộc nhiều vào tính làm việc hệ thớng kích từ Trong chế độ làm việc bình thường điều chỉnh dịng kích từ điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát, thay đổi công suất phản kháng vào lưới Hiệu thực nhiệm vụ phụ thuộc vào thơng số hệ thống kích từ kết cấu phận tự động điều chỉnh kích từ I.2 Các loại hệ kích từ máy đồng I.2.1 Hệ kích từ dùng máy kích từ chiều Trong máy kích từ KT có dây quấn kích thích song song Ls dây quấn kích thích độc lập Ln nối trục với máy đồng Dịng kích từ It đưa vào dây quấn kích từ có điện trở RT thông qua vành trượt chổi điện It Ln Ls Ut KT ĐB U RT Hình I.1 Hệ kích từ dùng máy kích thích chiều 54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát I.2.2 Hệ kích từ dùng máy kích từ KT xoay chiều kết hợp với chỉnh lưu CL Có hai phương án : Hình a, máy kích từ xoay chiều có phần cảm quay, phần ứng tĩnh hình b, máy kích từ xoay chiều có phần cảm tĩnh, phần ứng quay Ơû phần quay phần tĩnh trình bày tách biệt đường phân ranh giới thẳng đứng Muốn dòng điện qua đường phân ranh giới cần phải có vành trượt chổi điện Rõ ràng phương án b khơng địi hỏi có vành trượt chổi điện Ưu điểm quan trọng máy đồng công suất lớn cần dịng kích từ mạnh Tuy nhiên giải pháp kéo theo khó khăn chế tạo phần ứng quay ( so với phần cảm quay ) Hơn nữa, Diod chỉnh lưu phải chịu lực ly tâm lớn phải đặt cho Rôtor đảm bảo cân động It It Ut U ĐB Ut U ĐB CL CL ° A ° B KT KT °A ° Phần quay B Phần tĩnh Phần quay Phần tĩnh b a Hình I.2 Hệ kích từ máy phát xoay chiều - chỉnh lưu 55 ... 3. 8 10. 2 35 2b 4.4 18 .39 8 3b 30 .68 yi (cm) 2.4 yi3 (cm3) 13. 824 1 25 34 3 yi3-y3i-1 (cm3) 13. 824 111.176 231 .824 yi3-y3i-1 /Ji (cm-1) 1 . 35 1 6.0 43 7 .55 6 yi2-y2i-1 (cm2) yi2-y2i-1 /Ji (cm2) 5. 76 5. 76... So = 159 .30 3 3. 54 7 6. 13 Phần bên trái trục : Tiết diện d1 Ji xi xi3 xi3-x3i-1 1a 2a 3a 4a a (cm) 3. 8 4.2 4.6 4.8 5. 5 (cm4) 10. 2 35 15. 2 75 21.979 26. 058 44.918 (cm) 2.4 16 17 24. 75 (cm3) 13. 824... 17 24. 75 (cm3) 13. 824 64 4096 49 13 151 60.9 (cm3) 13. 824 50 .176 40 45. 824 867.176 142 93. 746 Sa = xi3-x3i-1 /Ji (cm-1) 1 . 35 1 3. 2 85 184.077 33 .279 31 8.219 54 0.211 156 Độ võng trục fG trọng lượng Rôtor