Luận Văn Thiết kế máy điện 3 pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát

MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu 1
Phần I : Giới thiệu về máy phát điện xoay chiều 3
I. Định nghĩa và công dụng 3
II. Đặc điểm và cấu tạo 3
II.1 Đặc điểm 4
II.2 Cấu tạo 5
III. Các đặc tính của máy phát đồng bộ 8
III.1 Đặc tính không tải 9
III.2 Đặc tính ngắn mạch và tỷ số ngắn mạch 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
105
III.3 Đặc tính ngoài và độ thay đổi điện áp máy phát 12
III.4 Đặc tính điều chỉnh 13
III.5 Đặc tính tải 13
III.6 Tổn hao và hiệu suất của máy điện đồng bộ 15
Phần II : Thiết kế tính toán điện từ và thiết kế kết cấu 17
Chương I. Tính toán và xác định kích thước chủ yếu 17
Chương II. Tính toán kích thước Stator, dây quấn Stator
và khe hở không khí. 20
Chương III.Tính toán cực từ Rôtor 30
Chương IV. Tính toán mạch từ 32
Chương V. Tham số của dây quấn Stator ở chế độ định mức 37
Chương VI. Tính toán dây quấn kích từ và tham số mạch kích từ 42
Chương VII. Tính khối lượng, tính tổn hao và tính toán nhiệt 49
Chương VIII. Tính toán kết cấu 55
Phần III : Thiết kế sơ đồ và tính toán mạch ổn định điện áp 60
Chương I. Khái quát về hệ kích từ máy điện đồng bộ 60
I.1 Đại cương 61
I.2 Các loại hệ kích từ máy điện đồng bộ 61
I.3 Giới thiệu các sơ đồ chỉnh lưu thường gặp 65
Chương II. Tính chọn thiết bị mạch động lực 81
II.1 Sơ đồ mạch động lực 81
II.2 Tính chọn các thông số của mạch động lực 82
II.2.1 Chọn van động lực 82
II.2.2 Chọn máy biến áp chỉnh lưu 83
II.2.3 Chọn các thiết bị bảo vệ 84
Chương III. Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
ổn định điện áp máy điện đồng bộ 87
III.1 Mạch điều khiển Thyristor đơn giản 87
III.2 Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển 88
III.3 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu 90
III.4 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 91
III.4.1 Giới thiệu một số sơ đồ trong các khâu. 91
III.4.2 Xây dựng mạch điều khiển. 100
III.5 Tính chọn thông số mạch điều khiển . 105
III.5.1 Tính chọn biến áp xung. 105
III.5.2 Tính chọn tầng khuếch đại cuối cùng. 105
III.5.3 Tính chọn tầng so sánh. 106
III.5.4 Tính chọn khâu đồng pha. 107
III.5.5 Tạo nguồn nuôi. 108
III.6 Tính chọn khâu phản hồi. 110
III.6.1 Sơ đồ khâu phản hồi dòng. 110
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
106
III.6.2 Tính chọn khâu phản hồi dòng và phản hồi áp. 112
Tài liệu tham khảo 117

PHẦN I
GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU
Máy điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Phạm vi sử
dụng chính là biến đổi cơ năng thành điện năng, nghĩa là làm máy phát điện. Điện
năng ba pha chủ yếu dùng trong nền kinh tế quốc dân và trong đời sống sinh hoạt
được sản xuất từ các máy phát điện quay bằng tuabin hơi hoặc khí hoặc nước.
Ngoài ra máy phát điện còn được kéo các động cơ khác như động cơ Điêzel, động
cơ xy lanh hơi nước, động cơ chạy bằng nhiên liệu Hyđro được chế tạo với công
suất vừa và nhỏ nhằm dùng cho các tải địa phương, dùng làm máy phát dự phòng.
Ngoài ra các động cơ đồng bộ công suất nhỏ( đặc biệt là các động cơ đồng bộ
kích từ bằng nam châm vĩnh cửu ) cũng được dùng rất rộng rãi trong các trang bị
tự động và điều khiển.
I. ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG
I.1 Định nghĩa
Những máy phát điện xoay chiều có tốc độ quay Rôtor n bằng tốc độ quay
của từ trường n1 gọi là máy điện đồng bộ, có tốc độ quay Rôtor luôn không đổi
khi tải thay đổi.
I.2 Công dụng
Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện rất quan trọng của các lưới điện công
nghiệp. Trong đó các động cơ sơ cấp là các tuabin hơi nước hoặc tuabin nước.
Công suất đơn chiếc mỗi máy có thể đạt đến 1200MW đối với máy phát tuabin
hơi và đến 560MW đối với máy phát tuabin nước. Các lưới điện công suất nhỏ,
máy phát điện được kéo bởi động cơ Điêzel hoặc các tuabin khí, chúng có thể làm
việc riêng lẻ hoặc hai ba máy làm việc song song với nhau. Các máy phát điện
đồng bộ hầu hết được đặt ở các trạm phát điện xoay chiều, chúng được sử dụng
rộng rãi trong mọi lĩnh vực : trong cuộc sống, công nghiệp, giao thông vận tải, các
nguồn điện dự phòng, điện năng trên các phương tiện di động
II. ĐẶC ĐIỂM VÀ CẤU TẠO
II. 1 Đặc điểm
Máy phát điện đồng bộ thường được kéo bởi tuabin hơi hoặc tuabin nước, vì
vậy chúng được gọi là máy phát tuabin hơi hoặc máy phát tuabin nước. Đối với
máy phát điện tuabin hơi, do đặc trưng là tốc độ cao tới vài nghìn vòng/phút nên
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
2
máy phát điện thường có kết cấu Rôtor cực ẩn với đường kính nhỏ để giảm thiểu
lực ly tâm. Và ngược lại, đối với máy phát điện tuabin nước, tốc độ thấp nên
thường có Rôtor cực lồi, đường kính có thể lên tới 1,5m tùy theo công suất của
máy.
Máy phát điện ba pha thường gặp nhất là máy phát điện mà dòng điện một
chiều được đưa vào cuộn dây kích từ thông qua hệ thống vành trượt. Cực từ của
máy phát điện ba pha được kích thích bằng dòng điện một chiều và được đặt ở
phần quay, còn dây quấn phần ứng với ba pha được đặt ở phần tĩnh và nối ra tải.
Cũng có thể đặt cực từ ở phần tĩnh và dây quấn phần ứng ở phần quay giống trong
máy điện một chiều, máy điện đồng bộ công suất nhỏ, vì sự trao đổi vị trí đó
không làm thay đổi nguyên lý làm việc cơ bản của máy. Nguyên lý làm việc của
máy điện nói chung và máy phát điện đồng bộ nói riêng đều dựa trên định luật
cảm ứng điện từ. Nguyên lý làm việc cơ bản như sau :
Stator của máy phát điện đồng bộ đồng bộ có dây quấn ba pha được đặt cách
nhau một góc 1200 trong không gian, được gọi là phần ứng, cảm ứng ra các sức
điện động cung cấp ra tải ( hình 1.1 ). Còn Rôtor của máy phát điện, với cấu tạo
dây quấn cực từ ( cực lồi với đối với máy phát có tuabin tốc độ thấp như các máy
phát tuabin nước, các máy phát công suất nhỏ và cực ẩn với tuabin có tốc độ cao