[Đồ Án Điện Tử] Thiết Kế Máy Phát 3 Pha - Bộ Ổn Dòng phần 4 pps

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

34
Theo đặc tính không tải ở bảng tính phần trên với E
0
*
= 1 thì
F
δ0
= 1008,4A. Với E
*
= 0,5 thì F
δ
= 504,2A.


561,95
1,11
504,2
to
o
F
k
F
μ
δ
== =

95. Điện kháng phần ứng ngang trục :

*
.
1
0,445.1194,5 1 1,373
. . 0,563
. 2 1,11.1008,4 2
uq udm
uq
oo
kF
k
x
kF
δ
μδ
+
+
== =

Ở đây : k
ưq
= 0,445 được tra theo hình 11-12 [1] .
k
δ
= 1,373 là hệ số khe hở không khí.
96. Điện kháng đồng bộ dọc trục :


***
0,044 0,928 0,972

dud
xxx
σ
=+ = + =


97. Điện kháng đồng bộ ngang trục :


***
0,044 0,563 0,607
quq
xxx
σ
=+ = + =

zg
F
F
δ
δ



1,25 1,2
1,15
1,1
1,05
Hình IV.1 Quan hệ E* = f(
*
()
zg
F
Ef
F
δ
δ
δ
=
)
1,5
1

0,5
1,5
1
0
E
δ*

N TT NGHIP Thit k mỏy phỏt in ba pha v h thng n nh in ỏp cho mỏy phỏt.

35




I.r*1
Hỡnh IV.2 ẹo thũ veực tụ
luực taỷi ủũnh mửực
cos
Euq*
Eod*
Ed*
-Euq*
Q

E
j.I.x

0
I
*

U*


N TT NGHIP Thit k mỏy phỏt in ba pha v h thng n nh in ỏp cho mỏy phỏt.

36
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
F*to
1
2
3
Hỡnh IV.3 ẹửụứng ủaởc tớnh khoõng taỷi tớnh toaựn.

CHNG VI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

37
TÍNH TOÁN DÂY QUẤN KÍCH TỪ VÀ
CÁC THAM SỐ CỦA MẠCH KÍCH TỪ

Dây quấn kích từ của máy đồng bộ cực lồi được đặt trên thân cực từ của
Rôtor. Với những máy công suất dưới 100KW (2p =4) thường dùng dây
đồng tròn hay tiết diện chữ nhật có cách điện bằng men hay sợi thuỷ tinh và
được quấn thành một lớp hoặc nhiều lớp.
98. Theo bảng tính toán ở trên ta vẽ được đặc tính từ hoá và đặc tính
*
()
zg
o
F
Ef
F
δ

δ
= trong hình IV.1. Theo đồ thị véc tơ ở hình IV.2 với I
đm
*
, U
đm
*
,
cosϕ
đm
; r
1
*
; x
σư
*
xác định được E
δ
*
= 1,067 và δ = 0,25
0
.
Từ hình IV.1 với E
δ
*
= 1,067 có 1, 06
zg
F
F
δ

δ
= và theo hình 11-13 [1] được
k
’’
bđ
= 0,96 ; k
’’
bq
= 0,9 ; k
’’
qđ
= 0,00075.

Hình VI.1 Các phần của đặc tính từ hoá.


99. Sức từ động :

'
"*
. . 0,9.0,445.0,85 0,34
uq
bq uq udm
F
kkF
cos
ψ
== =
Trong đó :
*
1194,5
0,85
0,5.2815,5
udm
udm
to
F
F
F
== =

φ

*
c
= f(F
*
c
)
E
*
= φ
*
= f(F
δzg
)
φ
σ
*
= f(F
*
δzg
)
E
δd
*
φ
c
*
3
2
1
1,4

1
0,5
0
E
*
φ
*
F
cg
*
F
δd
*
F
*
ưd
F
cg
*
F
*
tđm
F
*
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

38
Theo sức từ động ở đặc tính E
*
δ

= f(F
δzg
), sức điện động
*
**

uq
dm uq
E
j
Ix
cos
ψ
= từ đó
ta xác định được giá trị đại số của
*
0,563
uq
E
cos
ψ
= .
Từ đồ thị véc tơ với U
*
đm
, I
*
đm
, r
1

*
, x
*
σư
,
*
uq
E
cos
ψ
, cosϕ
đm
= 0,8 nên ϕ = 36,86
0

xác định được θ = 17,94
0
. Tính ra Ψ = ϕ + θ = 36,86
0
+ 17,94
0
= 54,8
0
;
54,8 0,576cos cos
ψ
==
và
sin sin 54,8 0,817
ψ

=
=
và E
*
ưq
= 0,563.0,576= 0,324
Gọi góc giữa véctơ E
*
δ
và véctơ E
δd
*
là δ
d
thì :
δ
d
= θ - δ = 17,94 - 0,25=17,69
0
.
Từ đồ thị véc tơ IV.2 với E
δ
*
= 1,067; E
*
ưq
= 0,324; δ
d
= 17,69
0

xác định
được E
*
δd
= E
*
δ
.cosδ
d
= 1,067.cos17,69
0
= 1,017. Tương ứng trên hình VI.1
(các phần của đặc tính từ hoá ) theo đường cong không tải ta có với
**
1,017
dd
E
δδ
=Φ =
được
*
1, 050
d
F
δ
=
.
100. Sức từ động phản ứng phần ứng dọc trục :

*'' * '' *
.sin .
ud bd ud udm bq udm
FkkF k Fcos
τ
ψ
ψ
δ
=+=


=
17,514
0,96.0,87.0,85.0,817 0,00075. .0,85.0,576 0,623
0,15
+=

Với sức từ động tổng
**
1,05 0,623 1,673
dud
FF
δ
+= + =
từ đặc tính
()
zg
fF
σδ
Φ=

được
*
0,144
σ
Φ=
. Từ thông cực từ :
** *
1,017 0,144 1,161
cd
δσ
Φ=Φ +Φ= + =
.
Từ đặc tính
**
()
cc
f
FΦ=
với
*
1,161
σ
Φ=
được
*
0,482
c
F =
.

101. Sứùc từ động định mức của dây quấn kích từ ( trị số tương đối ) :

****
1,05 0,623 0,482 2,155
tdm d ud c
FFFF
δ
=++= + + =
.
102. Sức từ động định mức của dây quấn kích từ :

*
. 2,155.2815,5 6067,4 ( )
tdm tdm to
FFF A== =

103. Chiều dài trung bình một vòng dây của dây quấn kích từ :
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

39


1
2.( 2. ) .(2. 2. )
2.(13,5 4 2.1,5) .(2.1,5 2.0,15 0,88) 42,1 ( ) 0, 42 ( )
tb c c
llbr r b
cm m

π
δ
π
=+−+ ++=
=+−+ ++= =

Ở đây :
13,5
c
lcm= .
b’ : xác định theo b
c
. Với b
c
= 4cm chọn b’ = 1cm.

1
δ
: chiều dầy cách điện và khe hở. Chọn
1
0,1cm
δ
= .
b = 0,06.τ = 0,06.17,514 = 0,88 (cm).
Chọn r = 1,5cm là bán kính dây quấn kích từ tại các góc cực
từ.
Sử dụng bộ kích từ Thyristor có điện áp U
tđm
= 65V; điện áp đầu cực dây
quấn kích từ U’

t
= 63V.
104. Tiết diện dây quấn kích từ sơ bộ

' 2
120
'

1 2.6067,4.0,42
1,15 . 1,15. . 2,326 ( )
40 63
tdm ttb
t
t
pF l
s
mm
U
ρ
== =

Ở đây :
2
120
1.
()
40
mm
m
ρ

Ω
=
- điện trở suất của đồng ở nhiệt độ làm việc.
p : số đôi cực.
l
ttb
: chiều dài trung bình của một vòng dây.
U
t
’
: điện áp đặt lên đầu cực dây quấn kích từ.
Với tiết diện dây quấn kích từ như trên ta chọn dây quấn là dây có tiết diện
tròn .
105. Dòng điện kích từ :

'
. 2,326.3,8 8,8 ( )
tdm t t
I
sJ A== =

Trong đó đối với dây quấn kích từ nhiều lớp, cách điện cấp B chọn mật độ
dòng điện
2
3,8 ( / )
t
J
Amm=
.
106. Số vòng dây cuộn kích từ dưới một cực :

1
6067,4
172 ( ` )
4. 4.8,8
tdm
t
tdm
F
wvong
I
== =
.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

40
Chọn kích thước dây dẫn kích từ bằng đồng theo thiêu chuẩn, chọn dây dẫn
tròn của Nga ký hiệu PETV với các kích thước như sau :
Tiết diện dây chuẩn : s
t
= 2,38mm
2
.
Đường kính dây dẫn không kể cách điện : d
Kcđ
= 1,74mm.
Đường kính dây dẫn kể cả cách điện : d
cđ
= 1,825mm.
107. Khoảng cách bé nhất giữa hai cuộn dây kích từ :

1
.( 2. 2. 2. )
2. 2.
2.
.(22,3 2.0,15 2.1,6 2.5,16)
4 2.0,15 2.0,88 0,6 ( )
2.2
mc
c
Dhh
xbb
p
cm
π
δ
δ
π
−
−−
=−−−=
−−−
=−−−=

Trong đó :

1
0,15cm
δ
= : chiều dày cách điện và khe hở.

0,15cm
δ
=
: khe hở không khí giữa cực từ.
h
m
= 1,6cm : chiều cao mặt cực từ đã chọn.
h
c
= 5,16cm : chiều cao thân cực từ.
b
c
= 4cm : chiều rộng của cực từ đã chọn.








Hình VI.2 Rôtor máy điện đồng bộ công suất nhỏ.


108.Số vòng dây trên một lớp trong cùng của dây quấn kích từ theo chiều
cao cực từ :

'
1

2.
5,16 2.0,15
.10 26,6
1,825
cc
l
cd
h
N
d
δ
−
−
== =
(vòng).
Vậy
1
27
l
N = vòng.
Trong đó :
'
0,15
c
cm
δ
=
: cách điện với đầu cực và gông từ.
d
cđ

= 1,825mm : kích thước dây dẫn kể cả cách điện.
109. Số lớp của dây quấn kích từ trên một cực :
Với lớp dây quấn đầu tiên có 27vòng, ta chọn :
Lớp thứ hai có : 27 - 2 = 25 vòng.
Tương tự lớp thứ ba có : 27 - 4 = 23 vòng.
Lớp thứ tư có : 27 - 6 = 21 vaòng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

41
Lớp thứ năm có : 27 - 8 = 19 vòng.
Lớp thứ thứ sáu có : 27 - 10 = 17 vòng.
Lớp thứ bảy có : 27 - 12 = 15 vòng.
Lớp thứ tám có : 27 - 14 = 13 vòng.
Lớp thứ chín có : 27 - 15 = 12 vòng.
Lớp thứ mười có :
172 - 27 - 25 - 23 - 21 - 19 - 17 - 15 - 13 - 12 = 0 vòng.
Vậy dây quấn kích từ có 172 vòng , được quấn thành m = 9 lớp.
10. Tính lại mật độ dòng điện trong dây quấn kích từ :

2
8,8
3, 7 ( / )
2,38
tdm
t
t
I
J
Amm
s

== =

112. Tổng chiều dài dây quấn kích từ tính toán dưới một cực :

1
. 172.0, 42 72,2 ( )
kt t ttb
LWl m== = .
113. Độ tăng nhiệt của dây quấn kích từ :


1
1
1
0
(2,8 ). .
.( 0,5).(1,6 )
.1
76. .(1,6 )
2,8
13,5
(2,8 ).6067,4.3,7
2.0,0085.(9 0,5).(1,6 17,5)
17,514
.1 45,65
13,5
76.4,93.(1,6 17,5)
2,8
17,514
tdm t

cd r
t
r
l
FJ
mv
l
Cv
δ
τ
θ
τ
⎡⎤
+
⎢⎥
−+
Δ= + =
⎢⎥
+
⎢⎥
+
⎣⎦
⎡⎤
+
⎢⎥
−+
=+ =
⎢⎥
+
⎢⎥

+
⎢⎥
⎣⎦


Ở đây : F
tđm
=6067,4A : sức từ động kích từ định mức.
J
t
=3,7A/mm
2
: mật độ dòng điện trong dây quấn kích từ.

1,825 1,74 0,085 ( ) 0,0085 ( )
cd cd kcd
dd mm cm
δ
=− = − = = : chiều dày
cách điện một phía của dây quấn kích từ.
C = 4,93cm : chiều cao của lớp dây quấn kích từ trong cùng.
v
r
= 17,5m/s : vận tốc bề mặt cực từ (mục 58 chương III).
Ta nhận thấy độ chênh nhiệt tính ra
00
45,65 80
t
θ
Δ= ≤

. Đối với cách điện cấp
B như vậy là hoàn toàn hợp lý.
114. Chiều cao chính xác của thân cực từ :


'
1
1, 825
. 2. .27 2.0,15 5,23 ( )
10 10
cd
clc
d
hN cm
δ
=+= +=

Ta nhận thấy chiều cao này chỉ lớn hơn chiều cao giả thiết ban đầu 5,16cm là
1,55% nên không phải tính lại sức từ động trên cực từ.
115. Điện trở của dây quấn kích từ :

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

42

1
120 120
2. . .
1 2.2.172.0,42
. . 3,035 ( )

40 2,38
tttb
t
t
pW l
r
s
ρ
== =Ω

Trong đó :
2
120
1.
()
40
mm
m
ρ
Ω
=
: điện trở suất của đồng đối với cách điện cấp
B.
W
t1
= 172vòng.
l
ttb
= 0,342m.
116. Điện trở của dây quấn kích từ ở nhiệt độ làm việc 75

0
C :


75
75 120
120
1/46
. 3,035. 2,639 ( )
1/40
tt
rr
ρ
ρ
== =Ω

117. Điện áp ở đầu cực cuộn dây kích từ khi tải định mức và nhiệt độ
0
120
t
C
θ
=
:

'
120
. 8,8.2,639 26,71 ( )
tdm tdm t
UIr V== =

118. Hệ số dự trữ kích từ :


'
65
2, 26
26,71 2
tdm
kt
tdm ch
U
k
UU
===
+Δ +
.


Ở đây :
2
ch
UVΔ=: điện áp rơi trên chổi than.

119. Công suất kích từ định mức :


33
. .10 65.8,8.10 0,572 ( )
tdm tdm tdm

PUI kW
−−
===
.
120. Điện kháng của dây quấn kích từ :


2
**
8
2. . . . .10
1,27. . .(1 )
2.1,11.2016,7.15,5.0,827.10
1,27.0,87.0,928.(1 ) 1,085
0,009805
ooc
tudud
kFl
xkx
μδ
λ
−
−
=+ =
Φ
=+ =
∑

Trong đó : x
ưd

*
= 0,928 k
μo
=1,11
k
ưd
= 0,87 F
δo
= 2016,7A
l
c
= 15,5cm Φ
o
= 0,009805Wb


66
0,423 0,095
(0,515 ).10 0,827.10
1,53 2,65 1,53 2,65
cl cb
rl
λ
λ
λλ
−−
=+ + = + + =
∑

Với

,,
rl cl cb
λ
λλ
được tính ở các mục 69; 70; 71.
121. Điện kháng tản của dây quấn kích từ :
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

43


***
1,085 0,928 0,157
ttud
xxx
σ
=− = − =
.
122. Điện trở tương đối của dây quấn kích từ ở nhiệt độ 70
o
C :


2
24
*
1
0,22. . .
0,22.2.1194,5.0,87 .42.10
0,00835

. . . 0,009805.50.172.2,38
udm ud tb
t
ott
Fkl
r
fW s
−
== =
Φ
.
Ở đây : l
tb
= 39cm chiều dài trung bình một vòng dây quấn kích từ.
F
ưđm
= 2×1194,5A là sức từ động dưới một đôi cực.

CHƯƠNG VII

TÍNH KHỐI LƯỢNG, TÍNH TỔN HAO
VÀ TÍNH TOÁN NHIỆT

a. Trọng lượng vật liệu tác dụng.
123. Trọng lượng răng lõi sắt Stator :


3
111
3
7,8. . . . . .10
7,8.13,5.0,95.2,2.0,94.36.10 7,45 ( )
Fez c r ztb
GlkhbZ
Kg
−
−
==
==

Với : h
r1
= 2,2cm là chiều cao của rãnh Stator.
b
ztb

= 0,94cm là bề rộng răng trung bình.
124. Trọng lượng gông lõi sắt Stator :

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

44

3
11 11
3
7,8. . . .( ). .10
7,8.13,5.0,95. .(32,7 3).3.10 28 ( )
Feg c n g g
GlkDhh
Kg
π
π
−
−
=−=
=−=

Với : h
g1
= 3cm là chiều cao của gông lõi thép Stator.
125. Trọng lượng đồng dây quấn Stator :

3
1
111

3
8,9. . . . . .10
2
73, 4
8,9.0,849.18.36.3. .10 5, 4 ( )
2.100
tb
Cu r
l
GsuZn
Kg
−
−
==
==

Với : l
tb1
= 73,4cm là chiều dài trung bình của một vòng dây Stator.
126. Trọng lượng đồng của dây quấn kích từ :


3
1
3
8,9. . .2. . .10
8,9.2,38.0,42.2.2.172.10 6,12 ( )
kt t ttb t
GslpW
Kg

−
−
==
==

127. Trọng lượng sắt của cực từ :


3
2
3
7,8. . .2. .( . 0,8. . ).10
7,8.15,5.0,97.2.2.(5,23.4 0,8.1,6.12,26).10 17,17 ( )
Fec c c c c m m
Glkphbhb
Kg
−
−
=+=
=+=



128. Trọng lượng sắt của gông Rôtor :


3
22 22
3
7,8. . .( 2. 2. ). .10

7,8.13,5. .(22,3 2.0,15 2.6,76 3,6).3,6.10 5,81 ( )
Feg g cm g g
GlDhhh
Kg
πδ
π
−
−
=−−− =
=−−−=

129. Toàn bộ trọng lượng đồng :


1
5, 4 6,12 11,52 ( )
Cu Cu kt
GGG Kg=+=+=
130. Toàn bộ trọng lượng thép :


11 2
7,45 28 17,17 5,81 58,43 ( )
Fe Fez Feg Fec Feg
GG G G G
Kg
=+++ =
=++ +=

b. Tổn hao và hiệu suất.

131. Tổn hao đồng trên dây quấn Stator :


23 2 3
11(75)
. . .10 3.17,321 .0,677.10 0,0352 ( )
Cu
PmIr kW
−−
== =

132. Tổn hao trên dây quấn kích từ :