[Đồ Án] Thiết Kế Máy Phát 3 Pha - Hệ Thống Ổn Định Cho Máy Phát phần 5 docx

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

45


23
1(75)
23
(. .).10
(8,8 .2,639 2.8,8).10 0,222 ( )
ttdm chtdm
PIr UI
kW
−
−
=+Δ =
=+=

133. Tổn hao sắt trong gông Stator :


21,3 3
11/501 1
21,3 3
. . .( ) . .10
50
50
1,3.2,5.1,378 .( ) .28.10 0,1728 ( )
50
Feg gcg g Feg
f

PkpB G
kW
−
−
==
==


Trong đó : k
gcg
= 1,3 là hệ số gia công đối với gông.
P
1/50
= 2,5W/kg là suất tổn hao thép ở tần số từ hoá f = 50Hz
và mật độ từ thông B = 1T.
B
g1
= 1,378T mật độ từ thông trên gông Stator.


134. Tổn hao sắt trong răng Stator :


21,3 3
11/501 1
21,3 3
. . .( ) . .10
50
50
1,7.2,5.1,507 .( ) .7,45.10 0,0719 ( )

50
Fez gcz z Fez
f
PkpB G
kW
−
−
==
==

Trong đó : k
gcz
= 1,7 là hệ số gia công đối với răng.
B
z1
= 1,507T mật độ từ thông trên răng Stator.
135. Tổn hao cơ :

33
1
17,5 13,5
3,68. .( ) . 3,68.2.( ) . 0,2265 ( )
40 100 40 100
r
Co
vl
Pp kW== =


Trong đó : v

r
=17,5m/s là tốc độ cực từ.
136. Tổn hao bề mặt trên bề mặt cực từ :


7
2
7
2. . . . . .10
2.2.17,514.0,7.13,5.378,39.10 0,025 ( )
bm m bm
Pplp
kW
τα
−
−
==
==

Trong đó :
1,5 2
1
1
1,5 2
.
.( ) .(10. . )
10000
36.1500
1,4.( ) .(10.0,238.1,95) 378,39
10000

bm o o
Zn
pk Bt==
==
: suất tổn hao bề
mặt trung bình.
k
o
= 1,4 : hệ số kinh nghiệm.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

46
t
1
=1,95cm : bước răng.

. . 1,373.0,251.0,69 0,238 ( )
oo
B
kB T
δδ
β
== = .

Với
0,69
4,6
0,15
B
δ

δ
== tra theo đường cong hình 6-1 [1] ta được 0,251
o
T
β
= .
137. Tổn hao phụ khi có tải :


1
0,005. 0,005.9,6 0,048( )
fdm
PP kW===

Với công suất tác dụng định mức :


33
1m
3. .I . .10 3.400.17,321.0,8.10 9,6 ( )
dm dm d
PUcos kW
ϕ
−−
== =
.

138. Tổng tổn hao lúc tải định mức :

111
0,0352 0,222 0,1728 0,0717 0,2265 0,025 0,048 0,8 ( )
Cu kt Feg Fez Co bm f
PP P P P P P P
kW
=++ ++++=
=++++++=
∑

139. Hiệu suất của máy phát :


1
0,8
(1 ).100% (1 ).100% 92%
9,6 0,8
dm
P
PP
η
=− =− =
++
∑
∑
.

c. Độ tăng nhiệt của dây quấn Stator.

140. Dòng nhiệt qua bề mặt trong của Stator :

1
11
2
(1 )

1 0,5.73, 4 (0,1728 0,0719 0,025).1000
.160,21.6,801.(1 ) 1,29 ( / )
4020 13,5 .22,3.13,5
tb Fe
c
lP
qAJ
lDl
Wcm
θ
ρ
π
π
=++=
++
=++ =

Với :
2
1.
()
4020
mm
cm
θ

ρ
Ω
=
điện trở suất của dây dẫn ở nhiệt độ cho
phép.
A = 160,21(A/cm) tải đường.
P
Fe1
: tổn hao sắt lúc không tải (kW).

P
Fe1
= P
Feg1
+ P
Fez1
+ P
bm
= 0,1728+0,0719+0,025 =0,2697(kW)

J = 6,801A/mm
2
mật độ dòng điện trong dây quấn Stator.
Hệ số tản nhiệt bề mặt :
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

47


320

.(1 0,1. ) 8.10 .(1 0,1.17,5) ( / . )
vo
vWcmC
αα
−
=+ = +


Với
1
13,5
2
17,514
l
τ
=< nên chọn
32
8.10 ( / . )
o
o
Wcm C
α
−
=

v : vận tốc bề mặt Rôtor (m/s).

141. Độ tăng nhiệt của mặt ngoài lõi sắt Stator so với môi trường :

1
3
1, 29
58,64
8.10 .(1 0,1.17,5)
o
c
v
q
C
α
θ
α
−
== =
+


142. Dòng nhiệt qua phần đầu nối dây quấn :


1
1
11,95
. . . .160,21.6,801. 0,0669
4020 7,91
d
t
qAJ
C

θ
ρ
== =


Với : C
1
= 7,91cm là chu vi rãnh Stator.
143. Độ tăng nhiệt của mặt ngoài đầu nối dây quấn Stator so với nhiệt độ
môi trường :


3
0,0669
22,6
.(1 0,07. ) 1,33.10 .(1 0,07.17,5)
o
d
d
q
C
v
θ
α
−
== =
++


Với

17,514 40cm cm
τ
=<
ta chọn
32
1,33.10 ( / . )
o
Wcm C
α
−
=
.

144. Độ tăng nhiệt trên lớp cách điện rãnh :


9,87
o
cd
C
θ
=
.
145. Độ tăng nhiệt trung bình của dây quấn Stator :


11
1
().().
2

(9,87 58,64).13,5 (9,87 22,6).23,2
45,73
73,4
2
cd cd d dn
tb
o
ll
l
C
α
θθ θθ
θ
+++
==
+++
==

d. Đặc tính của máy phát.

146. Năng lực quá tải tĩnh :
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

48

*
*
1, 83
2, 46
. 0,972.0,8

max o
dm d
ME
Mxcos
ϕ
== =
Với sức từ động kích từ định mức F
tđm
*
= 2,155; từ đặc tính không tải ta
được E
o
*
= 1,83.
Theo hình 11-29 sách thiết kế máy điện, với
**
**
0,972 0,607
0,329
. 1,83.0,607
dq
oq
xx
Ex
−
−
==

Tra được k = 1,046.

147. Đặc tính góc M = f(θ) theo hình :


*
*
***
11 1
().2
2
1, 83 1 1 1
( ).2
0,972 2 0,607 0,972
1,88. 0,309. 2
o
dqd
E
Msin sin
xxx
sin sin
sin sin
θθ
θ
θ
θθ
=+− =
=+− =
=+

1,88. 0.309. 2sin sin
θ
θ
+


1, 88.sin
θ




0,309. 2sin
θ




Hình VII.1 Đặc tính góc.

150
120
90
180
60
30
2
1,5
1
0,5
0
M
*
θ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

49



CHƯƠNG VIII

TÍNH TOÁN KẾT CẤU

Ngoài việc phải chịu toàn bộ trọng lượng của Rôtor ra, trục còn chịu mô men
xoắn và mô men uốn trong quá trình truyền động tải. Ngoài ra cũng cần chú
ý đến lực từ một phía do khe hở không khí không đều sinh ra. Cuối cùng trục

còn phải chịu lực do cân bằng động không tốt gây nên, nhất là khi quá tốc độ
giới hạn.
Với các kích thước chủ yếu :
-Đường kính trong lõi sắ
t Stato D = 22,3(cm).
-Chiều dài lõi sắt Stator : l = 13,5(cm).
148. Đường kính trục ở chỗ đặt lõi sắt có thể chọn gần đúng theo :

0,25. ' 0,25.22 5,5 ( )
t
DD cm===
Trong đó D' là đường kính ngoài cực từ Rôtor. Được tính theo :

'2.22,32.0,1522()DD cm
δ
=− = − =
Với δ = 0,15cm : chiều rộng của khe hở không khí.
Trục được chế tạo bằng thép tốt, chọn thép số 40. Đối với đường kính chưa
đến 100mm theo [1] thì nên dùng phôi liệu là thép cán. Trên trục có nhiều
bậc. Tuy nhiên đối với đường kính trục 5,5cm nên gia công đường kính các
bậc thang kề nhau khác nhau rất ít để tăng cường sức bền của trục và tính
kinh tế lúc gia công.
149. Mô men quay của trục :

3
11
9,6.10
61,12 ( . )
2. . 2. .50
2

dm
PP
M
Nm
f
p
ππ
ω
== = =

150. Các kích thước được tiêu chuẩn hóa theo bảng III của [1] :
Với mô men quay M = 61,12N.m ta có kích thước đầu trục máy điện :
Đường kính d
1
: d
1
= 3,8(cm).
Chiều dài l
1
: l
1
= 8(cm).
151. Với chiều cao tâm trục h = 20(cm) ta chọn các kích thước khác của máy
như sau :
Khoảng cách bắt bulông giữa hai chân đế theo hướng trục :
b
10
= 318(mm) = 31,8(cm).

Khoảng cách bắt bulông giữa hai chân đế theo hướng kính :
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

50
l
10
= 267(mm) = 26,7(cm).
l
31
=133(mm) = 13,3(cm).
Đường kính lỗ chân đế :
d
10
= 19(mm) = 1,9(cm).
152. Tính toán trục.
a. Tính độ võng của trục .
153. Trọng lượng của Rôtor theo (9-1) của [1] :

23 2 3
6,3.( ' . ).10 6,3.22 .13,5.10 41,2 ( )GDl Kg
−−
== =

Với D' = 22cm đường kính ngoài lõi sắt Rôtor.
l = 13,5cm chiều dài lõi săt Rôtor.
Vì đây là máy có công suất khá bé cho nên ta có thể bỏ qua đường kính và
chiều dài của cổ góp.
154. Mô men xoắn đầu trục định mức :

1

9,6
97500. 97500. 624 ( . )
1500
x
P
M
Kg cm
n
== =

155. Lực kéo đầu trục :

2
624
0,3. 197,1 ( )
1, 9
x
o
M
Pk Kg
R
== =

Trong đó R
o
= d
1
/2 = 3,8/2 =1,9(cm) là bán kính của trục nối.
k
2

= 0,3 vì truyền động bằng nối trực tiếp.
Trên trục có các lực tác dụng sau :
-Trọng lượng G do bản thân lõi sắt và dây quấn sinh ra.
-Trọng lượng K của các bộ phận khác như cổ góp, cánh quạt, lực kéo
đầu trục P do phương thức truyền động gây nên, lực từ một phía do khe hở
không khí không đều sinh ra. Thực tế thì các lực tác dụng lên trục ở các vị trí
khác nhau nhưng để đơn giản coi như chúng chỉ tác dụ
ng lên cùng một chỗ.





Hình VIII.1 Biểu đồ lực tính toán.









G + Q
0
P

A

B

1a
2a
3a
4a
đoạn a
3b 2b
1b
đoạn b đoạn c
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

51

Hình VIII.2 Các kíc thước để tính toán trục.











Phần bên phải trục :

Tiết
diện
d
1
J
i
y
i
y
i
3
y
i

3
-y
3
i-1
y
i
3
-y
3
i-1
/J
i

y
i
2

y
i
2
-y
2
i-1
y
i
2
-y
2
i-1
/J

i
(cm) (cm
4
) (cm) (cm
3
) (cm
3
) (cm
-1
)
(cm
2
)
(cm
2
) (cm
2
)
1b 3.8 10.235 2.4 13.824 13.824 1.351
5.76 5.76 0.563
2b 4.4 18.398 5 125 111.176 6.043
25 19.24 1.046
3b 5 30.68 7 343 231.824 7.556
49 29.76 0.97
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

52
b 5.5 44.918 13.75 2599.61 2367.785 52.714
189.06 159.303 3.547
S

b
= 67.66
S
o
=

6.13

Phần bên trái trục :

Tiết
diện d
1
J
i
x
i
x
i
3
x
i
3
-x
3
i-1
x
i
3
-x

3
i-1
/J
i

(cm) (cm
4
) (cm) (cm
3
) (cm
3
) (cm
-1
)
1a 3.8 10.235 2.4 13.824 13.824 1.351
2a 4.2 15.275 4 64 50.176 3.285
3a 4.6 21.979 16 4096 4045.824 184.077
4a 4.8 26.058 17 4913 867.176 33.279
a 5.5 44.918 24.75 15160.9 14293.746 318.219
S
a
= 540.211

156. Độ võng trục f
G
do trọng lượng của Rôtor gây nên :

22
2
223

62
.( . . )
3. .
41,2
(67,66.24,75 540,211.13,75 ) 0,633.10 ( )
3.2,1.10 .38,5
Gba
G
fSaSb
El
cm
−
=+=
=+=

Trong đó E = 2,1.10
6
(Kg/cm
2
) là mô men đàn tính của thép.
S
b
= 67,66.
S
a
= 540,211.
l = a + b = 24,75 + 13,75 = 38,5(cm).


157. Độ võng trục f

P
do lực đầu trục P gây nên :


[]
[]
2
3
62
(1, 5. . ). .
3. .
197,1
. (1,5.38,5.6,13 67,66).24,75 13,75.540,211 0,306.10 ( )
3.2,1.10 .38,5
Poba
P
flSSabS
El
cm
−
= −+=
=−+=

Trong đó : S
o
= 6,13.
158. Độ lệch tâm ban đầu :

33
0,1. 0,1.0,15 0,633.10 0,306.10 0,0159 ( )

oGP
eff cm
δ
−−
=++= + + =

159. Lực từ một phía ban đầu :

0,0159
3. . . 3.22.13,5. 94,45 ( )
0,15
o
o
e
QDl Kg
δ
== =
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

53
160. Độ võng f
M
do lực từ một phía gây ra :

2
2
0,1451.10
0,16.10 ( )
1 1 0,091
o

M
f
f
cm
m
−
−
== =
−−

Trong đó :

32
94,45
0,633.10 . 0,1451.10 ( )
41,2
o
oG
Q
f
fcm
G
−−
== =

2
0,1451.10
0,091 ( )
0,0159
o

o
f
mcm
e
−
== =
161. Độ võng tổng cộng :


332 2
0,633.10 0,306.10 0,16.10 0,254.10 ( )
GPM
f
fff cm
−−− −
=++ = + + =


161. Tốc độ giới hạn :

3
1 1 0,091
300. 300. 11370
0,633.10
gh
G
m
n
f
−

−−
== =
(vòng/phút).
Tốc độ này cao hơn hẳn tốc độ định mức nên độ cứng của trục đạt yêu cầu.









PHẦN III

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ VÀ TÍNH TOÁN
MẠCH ỔN ĐỊNH ĐIỆÂN ÁP MÁY PHÁT

CHƯƠNG I
KHÁI QUÁT HỆ KÍCH TỪ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
I.1 Đại cương

Điện năng cung cấp cho các phụ tải phải có chất lượng đảm bảo để không
ảnh hưởng nhiều đến các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của chúng. Để có được chất
lượng điện đảm bảo như vậy thì trị số của hai đại lượng tần số và điện áp phải
nằm trong giới hạn quy định bởi các tiêu chuẩn. Điện áp
đầu cực máy phát điện
U
F
luôn thay đổi so với trị số định mức khi phụ tải thay đổi như đóng cắt đột ngột

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

54
các phụ tải, cắt đường dây hoặc máy biến áp đang mang tải, cắt máy phát điện
đang mang tải. Khi có sự thay đổi của phụ tải trên hoặc có các sự cố ngắn mạch
điện áp ở đầu cực của máy phát bị sụt giảm, hệ thống bị mất ổn định gây nhiều
hậu quả nghiêm trọng như các động cơ đang vận hành sẽ quay chậm lạ
i hoặc
ngừng hẳn, ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của chúng; hệ thống ánh
sáng không ổn định. Vì vậy vấn đề tự động ổn định điện áp máy phát là một vấn
đề cần thiết đối với mọi máy phát điện đồng bộ. Để ổn định điện áp máy phát phải
tác động vào hệ thống kích từ của nó. Kích từ là mộ
t yếu tố rất quan trọng của
máy phát điện đồng bộ. Ta biết rằng điện áp được thành lập trên đầu cực máy
phát chính là nhờ dòng kích từ nên tính chất làm việc ổn định và đảm bảo của
máy phát điện đồng bộ phụ thuộc rất nhiều vào tính làm việc của hệ thôùng kích
từ. Trong chế độ làm việc bình thường điều chỉnh dòng kích từ sẽ đi
ều chỉnh được
điện áp đầu cực máy phát, thay đổi công suất phản kháng vào lưới Hiệu quả thực
hiện các nhiệm vụ trên phụ thuộc vào thông số của hệ thống kích từ cũng như kết
cấu của bộ phận tự động điều chỉnh kích từ.




I.2 Các loại hệ kích từ máy đồng bộ.


I.2.1 Hệ kích từ dùng máy kích từ một chiều.
Trong máy kích từ KT có dây quấn kích thích song song L

s
và dây quấn kích
thích độc lập L
n
được nối cùng trục với máy đồng bộ. Dòng kích từ I
t
được đưa
vào dây quấn kích từ có điện trở R
T
thông qua vành trượt và chổi điện.









Hình I.1 Hệ kích từ dùng máy kích thích một chiều.




L
n

L
s

KT
R
T
U
t
ĐB

U

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

55
I.2.2 Hệ kích từ dùng máy kích từ KT xoay chiều kết hợp với bộ chỉnh lưu
CL. Có hai phương án :
Hình a, máy kích từ xoay chiều có phần cảm quay, phần ứng tĩnh và hình b,
máy kích từ xoay chiều có phần cảm tĩnh, phần ứng quay. Ơû đây phần quay và
phần tĩnh được trình bày tách biệt bằng đường phân ranh giới thẳng đứng. Muốn
dòng điện đi qua đường phân ranh giới đó cần phải có vành trượt và chổ
i điện. Rõ
ràng là phương án b không đòi hỏi có vành trượt và chổi điện. Ưu điểm đó rất
quan trọng đối với những máy đồng bộ công suất lớn cần dòng kích từ mạnh. Tuy
nhiên giải pháp này kéo theo những khó khăn về chế tạo phần ứng quay ( so với
phần cảm quay ). Hơn nữa, các Diod chỉnh lưu phải chịu các lực ly tâm lớn và
phải được đặt sao cho Rôtor đả
m bảo cân bằng động.

Hình I.2 Hệ kích từ máy phát xoay chiều - chỉnh lưu.

U
t
I
t
ĐB

U

CL

KT

A

B

°

°

Phần tĩnh

Phần quay

a

b

U
t
I
t

CL

KT


ĐB

U

A

B

°

°

Phần tĩnh

Phần quay