Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy điện 3 pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát

ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

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.
Ngồi 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 phịng.
Ngồi 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 Rơtor 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 cơng
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 vịng/phút nên
1


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

máy phát điện thường có kết cấu Rơtor 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 Rơtor 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 thơng qua hệ thống vành trượt. Cực từ của
máy phát điện ba pha được kích thích bằng dịng 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
khơng 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 ). Cịn Rơtor 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
như máy phát Điêzel, tuabin hơi và khí ) làm nhiệm vụ tạo ra từ trường phần cảm.
A

N

C

B

Khi Rôtor quay với tốc độ n thì từ trường cực từ sẽ quét và cảm ứng lên các
dây quấn phần ứng các sứcHình
điện 1.1
động
xoay
hình sin lần lượt lệch pha nhau
cấu
tạochiều
của Stator.
0
120 theo chu kỳ thời gian, có trị số hiệu dụng là :
Trong đó :
Với tần số :

EO=4,44.f.Wl.Kdq.Φ0
E0 là sức điện động pha.
f tần số của máy phát.

Kdq hệ số dây quấn.
f =

p.n
60

W1 số vòng dây pha.
Φ0 từ thông cực từ Rôtor

(1.1)

Với p là số đôi cực của máy.
2


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

Khi máy phát điện đồng bộ làm việc khép kín mạch với tải, có dịng điện ba
pha chạy trong ba dây quấn lệâch nhau góc 1200 về thời gian sẽ tạo ra từ trường
quay với tốc độ n1 :
n1 =

60. f
p

(1.2)

So sánh (1.1) và (1.2) ta thấy n = n1 , có nghiã là tốc độ quay của Rôtor bằng
tôc độ của từ trường quay. Vì vậy ta có máy phát điện đồng bộ.
II.2 Cấu tạo
II.2.1 Máy cực ẩn
Rôtor được làm bằng thép hợp kim chất lượng cao, được rèn thành khối
hình trụ, trên đó người ta gia cơng phay để tạo rãnh đặt dây quấn kích từ. Phần
khơng phay rãnh hình thành mặt cực từ.
Các máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn thường được chế tạo với số
cực 2p = 2 , như vậy tốc độ quay của Rôtor là 3000 vòng/phút. Để hạn chế lực ly
tâm trong phạm vi an toàn đối với thép hợp kim chế tạo thành lõi thép Rơtor,
đường kính D của Rơtor khơng q 1,1 đến 1,5mét. Tăng công suất của máy
bằng cách tăng chiều dài l của lõi thép. Chiều dài tối đa của Rơtor vào khoảng
6,5mét.
Dây quấn kích từ đặt trên cực từ Rôtor được chế tạo từ dây đồng trần, tiết
diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành các bối dây. Các vòng dây của lớp dây
này được cách điện với nhau bằng một lớp mica mỏng. Dây quấn kích từ nằm
trong rãnh được cố định và ép chặt bằng các thanh nêm phi từ tính đưa vào miệng
rãnh. Phần đầu nối ở ngoài được đai chặt bằng các ống trụ thép phi từ tính nhằm
bảo vệ chống lại lực điện động do dòng điện gây ra. Hai đầu của dây quấn kích từ
đi luồn trong trục và nối với hai vành trượt đặt ở đầu trục thông qua hai chổi điện,
nối với dịng kích từ một chiều.
Dịng điện kích từ một chiều thường được cung cấp bởi một máy phát một
chiều, hoặc xoay chiều được chỉnh lưu ( có hoặc khơng có vành trượt ), nối chung
trục với máy phát điện.
Stator của máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn bao gồm lõi thép, trong đó
có đặt dây quấn ba pha, ngoài là thân và vỏ máy. Lõi thép Stator được ghép và ép
bằng các tấm tơn silic có phủ cách điện. Các đường thơng gió làm mát cho máy
được chế tạo cố định trong thân máy để đảm bảo độ bền cách điện của dây quấn
và máy.

II.2.2 Máy cực lồi
Các máy phát điện có tốc độ quay thấp thường được chế tạo dạng cực lồi,
nên khác với máy cực ẩn, đường kính D của Rơtor có thể lên đến 15met trong khi
chiều dài lại nhỏ với tỷ lệ l/D = 0,15 – 0,2. Rôtor của máy phát điện đồng bộ cực
lồi cơng suất nhỏ và trung bình có lõi thép được chế tạo bằng thép đúc và gia
công thành khối hình trụ trên mặt có đặt cực từ. Ở các máy lớn, lõi thép đó được
3


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

chế tạo từ các tấm thép dày từ 1 đến 6mm, được dập hoặc đúc định hình sẵn để
ghép thành các khối lăng trụ và lõi thép này thường không trực tiếp lồng vào trục
của máy mà được đặt trên giá đỡ của Rơtor, giá này được lồng vào trục máy.

Hình 1.2 Cực từ của máy phát đồng bộ cực lồi
Cực từ đặt trên lõi thép Rôtor được ghép bằng những lá thép dày
1 – 1,5mm chế tạo đi có hình T hoặc bằng các bulơng bắt xun qua mặt cực
và vít chặt vào lõi thép Rơtor.
Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn theo
chiều mỏng thành từng cuộn dây. Cách điện giữa các vịng dây là các lớp mica
hoặc amiăng. Sau khi hồn thiện gia công, các cuộn dây được lồng vào thân các
cực từ.
Dây quấn cản của máy phát điện đồng bộ được đặt ở trên các đầu cực có cấu
tạo như dây quấn kiểu lồng sóc của máy điện khơng đồng bộ, nghĩa là làm bằng
các thanh đồng đặt vào rãnh các đầu cực và hai dầu nối với hai vành ngắn mạch.

Stator của máy phát điện đồng bộ cực lồi giống của máy phát điện đồng bộ
cực ẩn. Để đảm bảo vận hành ổn định, ngoài các yêu cầu chặt chẽ đối với kết cấu
về điện các kết cấu về cơ học và hệ thống làm mát cũng được thiết kế chế tạo phù
hợp và tương thích với từng loại máy phát điện, đáp ứng được môi trường và chế
độ làm việc. Máy phát điện đồng bộ làm mát bằng gió cơng suất nhỏ, có các
khoang thơng gió và làm mát được thiết kế chế tạo nằm giữa vỏ máy và lõi thép
Stator. Đầu trục của máy được gắn một cánh quạt gió để khi quay khơng khí được
thổi qua các khoang thơng gió này. Bên ngồi vỏ máy cũng được chế tạo với các
sống gân hoặc cánh toả nhiệt nhằm làm tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cho
máy. Phổ biến nhất là các máy phát điện đồng bộ được làm mát bằng nước hoặc
bằng khí và được áp dụng cho các máy có cơng suất từ vài chục kW trở lên.
Trong trường hợp máy phát điện có cơng suất nhỏ và cần di động thì thường dùng
4


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

Điêzel làm động cơ sơ cấp và được gọi là máy phát điện Điêzel. Máy phát điện
Điêzel thường có cấu tạo cực lồi.
Đặc điểm khác biệt giữa những máy điện công suất nhỏ và máy điện cơng
suất lớn ngồi kích thước của chúng khác nhau thì chúng cịn khác nhau về hiệu
suất làm việc, giá thành của máy cũng như giá điện sản xuất ra, thời gian làm việc
của nó… Máy phát điện cơng suất nhỏ có cấu tạo gọn nhẹ, rất thuận lợi để làm
máy phát dự phòng khi mất điện lưới, như máy phát điện Điêzel có thể linh động
vận chuyển đi nơi khác để phục vụ khi cần thiết. Tuy nhiên máy điện công suất
nhỏ giá thành không được rẻ vì trái vơí máy có cơng suất đơn chiếc càng lớn thì

giá thành trên đơn vị cơng suất càng hạ nên nó chưa đươc sử dụng phổ biến mà nó
chỉ được sử dụng ở những nơi cần thiết như bệnh viện, truyền hình, qn sự và
thơng tin liên lạc…Ngồi ra nó cịn được sử dụng ở một số hộ dân cần điện để
phục vụ sản xuất kinh doanh liên tục khi thiếu điện lưới. Hiệu suất làm việc của
máy điện công suất nhỏ luôn thấp hơn những máy công suất lớn.
III CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ.
Để làm thí nghiệm lấy các đặc tính của máy phát điện đồng bộ thì cần phải
có sơ đồ nối dây của máy phát điện. Tải của máy phát là tổng trở Z có thể thay
đổi. Dịng điện kích thích It của máy điện được lấy từ nguồn điện bên ngoài và
được điều chỉnh nhờ vào biến trở rt .
Khi vận hành thường máy phát điện cung cấp cho tải đối xứng. Chế độ này
phụ thuộc vào hộ tiêu thụ điện năng nối với máy phát điện, công suất cấp cho tải
không vượt quá định mức mà bằng định mức hoặc thấp hơn định mức một chút.
Mặt khác các đại lượng này thơng qua các đaị lượng khác như dịng điện, điện áp,
dịng kích từ, hệ số Cosϕ, tần số f, tốc độ quay n. Để phân tích các đặc tính của
máy phát điện đồng bộ ta dựa vào ba đại lượng chủ yếu là U, I, it thành lập các
đặc tính sau :
1. Đặc tính khơng tải E = Uo = f(it) khi I = 0 và f = fđm
2. Đặc tính ngắn mạch In = f(it) khi U = 0 ; f = fđm
3. Đặc tính ngồi U = f(It) khi it = const ; cosϕ = const ; f = fđm
4. Đặc tính điều chỉnh It = f(I) khi U = const ; cosϕ = const ; f = fđm
5. Đặc tính tải U = f(it) khi I = const ; cosϕ = const ; f = fđm

•

MFĐ
A
VRt

V

•

W

V

A
Z
A

•

V

•

Z

•

W

Hình 1-7: Sơ đồ đấu dây xác định đặc tính
của máy phát điện đồng bộ.

A
Z

5

ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

III.1 Đặc tính khơng tải
E = U0 = f(it)
Khi I= 0 và f= fđm
Đặc tính khơng tải là quan hệ giữa sức điện động E cảm ứng ra cuộn dây
Stator với dòng điện kích từ khi dịng điện tải bằng khơng. Trong hệ đơn vị tương
đối máy phát điện đồng bộ cực ẩn và máy phát điện đồng bộ cực lồi khác nhau
khơng nhiều, đặc tính khơng tải được hiển thị bằng đơn vị tương đối giống như
trên hình 1.3
E∗

it∗

Hình 1.3 Đặc tính khơng tải máy phát điện
Trong đơn vị tương đối :
E* =

E
Edm

và

it* =

it
itdmo

Với itđmo là dịng điện khơng tải khi U = Uđm
III.2 Đặc tính ngắn mạch và tỷ số ngắn mạch
In = f(It) khi U= 0 và f = fđm

6


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

E

χδ u

jx−dI

.

jIxd

I

.

E

χud

jx−σI
I

Hình 1.4 Đồ thị véc tơ và mạch điện thay thế
của máy phát điện lúc ngắn mạch
Đặc tính ngắn mạch là quan hệ giữa dòng điện tải khi ngắn mạch và dịng
điện kích thích khi điện áp bằng khơng , tần số bằng tần số định mức ( khi dây
quấn phần ứng được nối tắt ngay đầu máy). Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn
phần ứng( rư = 0 ) thì mạch điện dây quấn phần ứng lúc ngắn mạch là thuần cảm (
ψ = 90o ) như vậy
Iq = cosψ = 0 và Id = I.sinψ = 1
Và đồâ thị véc tơ của máy phát điện lúc đó như trên hình 1.4 . Cũng từ biểu thức
cân bằng sức điện động :
.

.

.

.

và các giả thiết như trên ta
có Euđ = +j.I.xd và mạch điện thay thế của máy có dạng như trên hình 1.4.
Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy khơng bão
hồ, vì từ thơng khe hở Φδ cần thiết để sinh ra Eδ = E – I.xưd = i.xσư rất nhỏ. Do

đó quan hệ I = f(it) là đường thẳng như trên hình 1.5.
U = E − j . I d .xd − j. I q .xq − I .ru

I

I = f(It)

It

Hình
1.5 - Đặc
mạch
Tỷ số ngắn mạch K là tỷ
số dịng
điện tính
ngắnngắn
mạch
Ino ứng với dịng điện kích
thích sinh ra sức điện động E = Uđm khi khơng tải với dịng điện định mức Iđm,
nghĩa là

K=

I no
I dm

trong đó Ino =

U dm
xd

7


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

Với xd trị số bão hoà của điện kháng đồng bộ dọc trục ứng với E = Uđm . Thay trị
số của Ino vào biểu thức của K ta có :
K=

U dm
1
. Thường xd∗ > 1 do đó K < 1 và dòng điện
=
xd .I dm xd *

ngắn mạch xác lập Ino < Iđm , vì vậy có thể kết luận rằng dòng điện ngắn mạch xác
lập của máy phát điện đồng bộ không lớn. Sở dĩ như vậy là do khử từ rất mạnh
của phản ứng phần ứng.
U.I

U = f(it)

Udm

I = f(it)

Idm
Ino

ito

itn

it

Hình 1.6 Xác định tỷ số ngắn mạch K
Tỷ số ngắn mạch :
K=

I mo ito
=
I dm itn

Trong đó :

Ito là dịng điện kích thích khi khơng tải lúc Uo = Uđm
Itn dịng điện kích thích lúc ngắn mạch khi I = Iđm
Tỷ số ngắn mạch K là một tham số quan trọng của máy điện đồng bộ. Máy
có K lớn có ưu điểm cho độ thay đổi điện áp ΔU nhỏ và theo biểu thức
Id =
Iq =

E − U .cosθ
xd
U .sin θ
nó sẽ sinh ra cơng suất điện từ lớn khiến cho

xq

máy làm việc ổn định khi tải dao động. Nhưng muốn K lớn nghĩa là xd∗ nhỏ, phải
tăng khe hở δ và như vậy đòi hỏi phải tăng cường dây quấn kích từ và tương ứng
phải tăng kích thước của máy. Kết quả là phải dùng nhiều vật liệu hơn và giá
thành của máy cao hơn.
III.3 Đặc tính ngồi và độ thay đổi điện áp ΔUđm của máy phát đồng bộ
8


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

Đặc tính ngoài là quan hệ U = f(I) khi It = const ; cosϕ = const và f =fđm.

U
cosϕ = 0,8 (điện dung)

Udm

Udm

cos = 1
cos = 0,8(điện cảm)

0

Idm

I

Hỡnh 1.7 c tớnh ngồi của máy phát điện đồng bộ
Từ hình vẽ ta thấy dạng đặc tính ngồi phụ thuộc vào tính chất tải. Nếu tải có
tính cảm khi I tăng phản ứng khử từ của phần ứng cũng tăng, điện áp giảm và
đường biểu diễn đi xuống. Ngược lại nếu tải có tính dung khi I tăng, phản ứng
phần ứng là trợ từ, điện áp tăng và đường biểu diễn đi lên.
Độ thay đổi điện áp định mức ΔUđm của máy phát điện đồng bộ theo định
nghĩa là sự thay đổi điện áp khi tải thay đổi từ định mức với cosϕ = cosϕđm đến
không tải, trong điều kiện không thay đổi dịng điện kích thích. Trị số của ΔUđm
thường biểu thị theo phần trăm của điện áp định mức, nghĩa là :
ΔUđm% =

E − U dm
.100
U dm

thông số ΔUđm% = 25% ÷ 30%
III.4 Đặc tính điều chỉnh
It = f(I) khi U = const ; cosϕ = const và f =fđm.
Đặc tính điều chỉnh là quan hệ của dịng điện kích từ với dịng điện khơng tải
để ln giữ cho điện áp khơng đổi. Nó cho biết hướng điều chỉnh dịng điện It của
máy phát điện đồng bộ để giữ cho điện áp ra U ở đầu máy phát điện không đổi.

9


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

It

cosϕ = 0,8 (điện cảm)
cos = 1

It

cos = 0,8(điện dung)

0

Idm

I

Hỡnh 1.8 c tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ
Ta thấy với tải cảm khi I tăng, tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng tăng
làm cho điện áp U bị giảm. Để giữ cho điện áp U không đổi phải tăng dịng điện
từ hố it . Ngược lại, ở tải dung khi I tăng, muốn giữ U không đổi phải giảm it .
Thông thường cosϕđm = 0,8 ( thuần cảm ), nên từ không tải ( U = Uđm ; I = Iđm )
phải tăng dịng điện từ hố it khoảng 1,7 ÷ 2,2 lần.
III.5 Đặc tính tải
U = f(it) khi I = const ; cosϕ = const và f =fđm.
Đặc tính tải là quan hệ giữa điện áp đầu ra của máy phát điện đồng bộ với
dịng kích từ khi tải là không đổi. Với các trị số khác nhau của I và cosϕ sẽ có các

đặc tính tải khác nhau, trong đó có ý nghĩa nhất là đặc tính tải thuần cảm ứng với
cosϕ = 0 ( khi ϕ = π/2 ) và I = Iđm .
Đặc tính tải thuần cảm có thể suy ra được từ đặc tính khơng tải và tam giác
điện kháng. Cách thành lập tam giác điện kháng như sau :

10


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

U.I
I=0
I = Idm

M
A'

Eδ

3
O' B'

C'

2

1
Idm
xδ−Idm

O

k−dF−d

C Q

it

P

Hình 1.9 Xác đặc tính tải thuần cảm từ đặc tính
khơng tải và tam giác điện kháng.
Từ đặc tính ngắn mạch (đường 2 ) để có trị số In = Iđm dịng điện kích thích itn
hoặc sức từ động Ftn cần thiết bằng Ftn = itn = OC. Như đã biết khi máy làm việc ở
chế độ ngắn mạch sức từ động của cực từ Ftn = OC gồm hai phần : một phần để
khắc phục phản ứng khử từ của phần ứng BC = kưd.Fưd sinh ra Eưd ; phần
còn lại OB = OC – BC sẽ sinh ra sức điện động tản từ Fσư = Iđm .xσư = AB ( điểm
A nằm trên đoạn thẳng của đặc tính khơng tải đường 1 ) vì lúc đó mạch từ khơng
bão hồ. Tam giác ABC được hình thành như trên được gọi là tam giác điện
kháng. Các cạnh BC và AB của tam giác đều tỷ lệ với dòng điện tải định mức Iđm .
Đem tịnh tiến tam giác điện kháng ABC ( hoặc tam giác OAC ) sao cho điểm
A tựa trên đặc tính khơng tải thì đỉnh C sẽ vẽ thành đặc tính tải thuần cảm ( đường
3 ).

E0
−j.xưd.I

− j.xσư.I
Eδ

U
11
I


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

Hình 1.10 Đồ thị véc tơ sức điện động của
máy phát điện đồng bộ ở tải thuần cảm
Để có được đặc tính đó phải điều chỉnh rt và Z ( khi đó phải có cuộn cảm có
thể điều chỉnh được ) sao cho I = Iđm . Dạng của đặc tính tải thuần cảm như đường
3 trên hình 1.9 và đồ thị véc tơ tương ứng với chế độ làm việc đó khi bỏ qua trị số
rất nhỏ của rư như hình 1.10.
III.6 Tổn hao và hiệu suất của máy điện đồng bộ
Khi làm việc trong máy có các tổn hao đồng, tổn hao sắt, tổn hao kích từ, tổn
hao phụ và tổn hao cơ.
Tổn hao đồng là công suất mất mát trên dây quấn phần tĩnh với giả thiết là
mật độ dòng điện phân bố đều trên tiết diện của dây dẫn. Tổn hao này phụ thuộc
vào trị số mật độ dịng điện, trọng lượng đồng và thường được tính ở nhiệt độ
75oC.
Tổn hao sắt là công suất mất mát trên mạch từ ( gông và răng ) do từ trường
biến đổi hình sin( ứng với tần số f1). Tổn hao này phụ thuộc trị số tần số, trọng
lượng lõi thép, chất lượng của tơn silic, trình độ cơng nghệ chế tạo lõi thép.

Tổn hao kích từ là cơng suất tổn hao trên điện trở của dây quấn kích thích và
của các chổi than.
Tổn hao phụ bao gồm các phần sau :
a. Tổn hao phụ do dịng điện xốy ở thanh dẫn của các dây quấn Stator và
các bộ phận khác của máy dưới tác dụng của từ trường tản do dòng điện
phần ứng sinh ra.
b. Tổn hao ở bề mặt cực từ hoặc ở bề mặt của lõi thép Rôtor , máy cực ẩn do
Stator ( có rãnh và như vậy từ cảm khe hở có sóng điều hồ răng ).
c. Tổn hao ở răng của Stator do sự đập mạch ngang và dọc do từ thơng
chính và do các sóng điều hồ bậc cao với tần số khác f1.
Tổn hao cơ bao gồm :
1.Tổn hao công suất cần thiết để đưa khơng khí hoặc các chất làm lạnh khác
vào các bộ phận của máy.
2. Tổn hao công suất do ma sát ở ổ trục và ở bề mặt Rôtor và Stator khi
Rôtor quay trong môi chất làm lạnh ( khơng khí, …)
Ở các máy điện đồng bộ cơng suất và tốc độ quay khác nhau tỷ lệ phân phối
các tổn hao nói trên khơng giống nhau. Trong các máy phát điện đồng bộ bốn cực
cơng suất trung bình, tổn hao đồng trong dây quấn phần tĩnh và dây quấn kích từ
chiếm tới khoảng 65% tổng tổn hao. Trong khi tổn hao trong lõi thép Stator ( kể
cả tổn hao chính và tổn hao phụ ) chỉ chiếm khoảng 14%. Trong máy phát điện
12


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

tuabin nước cơng suất lớn, tốc độ chậm thì tổn hao trong dây quấn phần tĩnh và

trong dây quấn kích từ chiến khoảng 35%, cịn tổn hao trong lõi thép Stator thì
chiếm tới 37%. Đối với máy phát tuabin nước tổn hao phui có thể chiếm tới 11%,
đối với máy phát tuabin hơi chủ yếu là tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch vào
khoảng 18%.
Hiệu suất của các máy điện đồng bộ được xác định theo biểu thức :
η=

P2
P2 + ∑ p

P2 – công suất đầu của máy.
Σp – tổng tổn hao trong máy.
Hiệu suất của các máy phát điện làm lạnh bằng khơng khí cơng
suất 0,5÷3000kW vào khoảng 92÷95%, cơng suất 3,5÷100000kW vào khoảng 95
÷ 97,8%. Nếu làm lạnh bằng Hyđrơgen thì hiệu suất cũng có thể tăng khoảng
0,8%.
Trong đó

PHẦN II
THIẾT KẾ TÍNH TỐN ĐIỆN TỪ
VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU
CHƯƠNG I
TÍNH TỐN VÀ XÁC ĐỊNH
KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
Những kích thước chủ yếu của máy điện đồng bộ là đường kính trong Stator
D và chiều dài lõi sắt l. Mục đích của việc chọn kích thước chủ yếu này là để chế
tạo ra máy kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hợp với các tiêu chuẩn của nhà
nước. Kích thước D, l và tỷ lệ giữa chúng quyết định trọng lượng, giá thành, các
đặc tính kinh tế kỹ thuật và độä tin cậy lúc làm việc của máy. Vì vậy giai đoạn
13

ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

này là giai đoạn rất cơ bản của công việc thiết kế máy điện. Mặt khác kích thước
D và l phụ thuộc vào công suất P, tốc độ quay n, tải điện từ A, Bδ của vật liệu tác
dụng của máy. Việc chọn A và Bδ ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu D
và l. Về mặt tiết kiệm nhiên liệu thì nên chọn A và Bδ lớn, nhưng nếu A và Bδ
quá lớn thì tổn hao đồng và sắt cũng tăng lên, làm máy quá nóng, ảnh hưởng đến
tuổi thọ sử dụng máy. Do đó khi chọn A và Bδ cần xét đến chất lượng vật liệu sử
dụng. Nếu dùng vật liệâu sắt từ tốt có thể chọn Bδ lớn. Dùng dây đồng có cấp
cách điện cao thì có thể chọn A lớn. Ngoài ra tỷ số giữa A và Bδ cũng ảnh hưởng
đến đặc tính làm việc của máy phát điện vì A đặc trưng cho mạch điện cịn Bδ
đặc trưng cho mạch từ.
Các thơng số ban đầu :
Công suất định mức máy phát :
Pđm = 12kVA
Điện áp định mức
:
Uđm = 400V
Tần số
:
f = 50Hz
Tốc độ định mức
:
n = 1500vg/ph

Hệ số cơng suất
:
cosϕ = 0,8
Số pha
:
m=3
Tính tốn các thông số cơ bản :
1. Điện áp pha của máy phát :
U=

U dm 400
=
= 230,94 (V )
3
3

2. Công suất điện từ tính tốn P’:
P ' = K E .Pdm = 1, 08.12 = 12,96(kVA)

Trong đó KE là hệ số thể hiện mối quan hệ giữa sức điện động khe hở và
điện áp máy phát. Hệ số KE được tính như sau :
2
K E = Eδ* = cos ϕdm
+ (sin ϕdm + xσ2* )2 =

= 0,82 + (0, 6 + 0,125) 2 = 1, 08
2
sin ϕ = 1 − cos ϕdm
= 1 − 0,82 = 0, 6
Với

Và thường đối với máy phát thì xσ∗ = 0,06 ÷ 0,15 ta chọn xσ∗ = 0,125
3. Dòng điện pha định mức :

14


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

Pdm

I dm =

3.U dm

=

12000
= 17,321 ( A)
3.400

4. Số đôi cực :
p=

60. f 60.50
=
=2

n
1500

5. Đường kính trong của Stator :
Theo hình 11.2 [1] với P’ = 12,96 (kVA) và số đôi cực p = 2, đường kính
trong Stator bằng :
D = 22,3 (cm)
6. Đường kính ngồi lõi sắt Stator :
Dn =

D 22,3
=
= 32, 79 (cm)
K D 0, 68

Trong đó KD được xác định theo số đơi cực KD = 0,66 ÷ 0,7 với 2p = 4.
Ta chọn KD = 0,68
Theo bảng 11.2 [1] ta chọn đường kính ngồi Dn = 32,7 (cm). Chiều
cao tâm trục h = 20 (cm).
7. Bước cực :
τ=

π .D
2p

=

π .22,3
4

= 17,514 (cm)

8. Sơ bộ chiều dài tính tốn của Stator :
lδ' =
=

6,1.P ' .107
=
αδ .ks .kdl . A.Bδ .D 2 .n
6,1.12,96.107
= 13,54 (cm)
0, 66.1,15.0,92.162.0, 7.22,32.1500

Trong đó :
P’- cơng suất tính tốn (kVA)
kdl - hệ số dây quấn. Với máy có P = 12kVA và 2p = 4 thì hệ
số dây quấn nằm trong khoảng 0,91 ÷ 0,92. Do đó chọn kdl = 0,92
αδ - hệ số cung cực từ. Chọn αδ = 0,66
ks - hệ số dạng sóng. Chọn ks = 1,15
αδ.ks - tích số. αδ.ks = 0,75
A - tải đường. Theo hình 11.4 [1] với bước cực τ
= 17,514(cm) ta có A = 162 (A/cm)
Bδ - tải điện từ. Theo hình 11.4 [1] với bước cực τ
= 17,514(cm) ta có Bδ = 0,7 (T)
D - đường kính trong Stator (cm)
15


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

n - tốc độ dịnh mức (vg/ph)
9. So sánh tính kinh tế :
λ=

lδ

τ

=

13,54
= 0, 773
17,514

Ta nhận thấy hệ số λ nằm trong vùng kinh tế của hình 11.5 [1].Nên
phương án trên là hợp lý.

CHƯƠNG II
TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC STATOR,
DÂY QUẤN STATOR
VÀ KHE HỞ KHƠNG KHÍ
10.Sơ bộ định chiều dài lõi sắt Stator :
l1' = lδ' = 13, 5 (cm)

11. Với máy có cơng suất P = 12kVA và có chiều dài lõi sắt l = 13,5cm thì ta
chọn loại thép cán nguội 2211, với chiều dài ngắn lõi sắt có thể ép thành

một khối, khơng cần rãnh thơng gió.
12.Số mạch nhánh song song của dây quấn Stator :
Do dịng điện pha tính ra I = 17,321A < 50A cho nên lấy a = 1 nhánh
13.Số rãnh mỗi pha dưới mỗi cực :
Với 2p < 8 thì chọn q là số nguyên trong khoảng q = 3÷ 5, trong đó trị số
lớn dùng cho máy có số đơi cực ít. Do đó chọn q = 3 rãnh.
14.Số rãnh Stator Z1 :
Z1 = 2.m. p.q = 2.3.2.3 = 36 (rãnh)
15. Bước rãnh t1 :
t1 =

π .D
Z1

=

π .22,3
36

= 1,95 (cm)

16. Số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh Stator :
16


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

ur1 =

t1.a1. A 1,95.1.162
=
= 18, 2 (rãnh)
I dm
17,321

Chọn số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh ur1 = 18 (rãnh)
17. Với điện áp U = 400V, chiều cao tâm trục h = 20cm ta chọn dây quấn hai
lớp phần tử mềm đặt vào rãnh nửa kín.
18. Số vịng dây của một pha :
W1 =

p.q.ur1 2.3.18
=
= 108 (vịng)
a1
1

Tính lại tải đường A :
Att =

Sai số :

2.mW
. 1.I dm 2.3.108.17,321
=
= 160, 21 ( A / cm)

2. p.τ
2.2.17,514

ΔA =

Att − A
160, 21 − 162
.100 =
.100 = 1,12 (%)
Att
160, 21

Ta nhận thấy trị số tải đường có giá trị sai số nằm trong phạm vi cho phép
ΔA =1,12% <10%. Do đó kết quả này chấp nhận được.
19. Chọn tích số AJ1 :
Để dễ dàng làm mát nên chọn kiểu bảo vệ của máy là IP23. Theo hình 10-4d
[1] với đường kính Dn = 32,7cm và cách điện cấp B nên tra được : AJ1 khá
lớn. Tuy nhiên với máy có P = 12kVA có thể dùng dây dẫn tiết diện tròn
và mật độ dòng điện khi cách điện cấp B có thể đến J1 = (6,9 ÷
7,5)A/mm2 đối với máy 2p = 4. Do đó sơ bộ ta chọn tích số AJ1 =
1279(A2/cm.mm2).
Mật độ dịng điện là :
J1 =

AJ1
1279
=
= 7,983 ( A / mm 2 )
Att 160, 21

20. Tiết diện dây sơ bộ :
s' =

I
17,321
=
= 0, 723 ( mm 2 )
a1.n1.J1 1.3.7,983

Trong đó :

a1 : số mạch nhánh song song. Theo ở trên thì a1 = 1 nhánh.
n1 : số sợi chập. Ở đây chọn số sợi chập n1 =3 sợi.
Dựa vào phụ lục VI.1 [1] ta chọn tiết diện dây dẫn chuẩn không kể cách
điện :
s = 0,849 (mm2)
Đường kính dây khơng kể cách điện :
dkcđ = 1,04(mm)
Đường kính dây kể cả cách điện :
dcđ = 1,12(mm)
Tính lại mật độ dịng điện J1 :
17


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

I
17,321
=
= 6,801 ( A / mm 2 )
a1.n1.s 1.3.0,849

J1 =

21. Kiểu dây quấn :
Chọn dây quấn hai lớp bước ngắn với y < τ1 bước dây quấn y = 8.
τ1 =

Z
36
=
=9
2. p 2.2

22. Hệ số bước ngắn :
k y = sin β .

23. Hệ số bước rải :

π
2

α

= sin

y π
8 π
. = sin . = 0,985
9 2
τ1 2

20
2 =
2 = 0,960
kr =
α
20
3.sin
q.sin
2
2
sin q.

Trong đó : α =

sin 3.

p.360o 3.360o
=
= 20o
Z
36

24. Hệ số dây quấn :

kdl = ky .kr = 0,985.0,960 = 0,946
25. Từ thơng khe hở khơng khí :
Φ=

Trong đó :

K E .U1
1, 08.230,94
=
= 0, 0106 (Wb)
4.k s .kdl . f .w1 4.1,15.0,946.50.108

KE = 1,08
U1 = 230,94(V)
Ks = 1,15
26. Mật độ từ thơng khe hở khơng khí :
Bδ =

Trong đó :

kdl = 0,946
f = 50(Hz)
W1 = 108(vòng)

Φ.104
0, 0106.104
=
= 0, 690 (T )
αδ .τ .l δ 0, 65.17,514.13,5

Hệ số cung cực từ αδ = 0,65
Bước cực τ = 17,514(cm)
Chiều dài phần ứng l δ = 13,5 (cm)

18


Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỒ

5 tới
4 tới
3 tới
1 tới 2 tới

Sơ đồ dây quấn máy phát ñieän ba pha P = 12kVA

Z = 36 ; p = 2 ; y = 8 ; τ = 9 ; q = 3
tới 31 tới 32 tới 33 tới 34 tới 35 tới 36
tới 30
tới 29

tới 1 tới 2
tới 3
tới 4
tới 5

tới 2

tới 8

29 tới

29 tới
30 tới
31 tới 32 tới 33 tới 34 tới 35 tới 36 tới

C Y

tới 5

X

32 tới

A Z B

8 tới
7 tới
6 tới

tới 6
tới 7
tới 8

27. Sơ bộ định chiều rộng của răng :

19

ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

b ' z1 =

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

Bδ .l1.t1 0, 690.13,5.1,95
=
= 0,80 (cm)
Bz1.l1.kc
1,8.13,5.0,95

Chọn b’Z1 = 0,98cm.
Ở đây lấy mật độ từ thông trên răng Bz1 = 1,8T theo bảng 10.5b [1]
hệ số ép chặt lõi sắt kc = 0,95 theo bảng 2.2
28. Sơ bộ chiều cao gông Stator :

và

Φ.104
0, 0106.104
h 'g1 =
=
= 2, 67 (cm)
2.Bg1.l1.kc 2.1,55.13,5.0,95

Chọn chiều cao gông Stator : h’g1 = 3cm
Ở đây lấy mật độ từ thông trên gông Bg1 = 1,55T theo bảng 10.5a [1] .
29. Chọn dạng rãnh Stator :
Chọn rãnh Stator có dạng hình quả lê, nửa kín. Nó có kích thước và cách
điện như sau :
Chọn chiều cao miệng rãnh : h41 = 0,5mm
Bề rộng miệng rãnh :
b41 = dcđ + 1,5 = 1,08 +1,5 = 2,6mm
Chiều dầy cách điện rãnh :
c = 0,4mm
Chiều dầy cách điện của nêm : c’ = 2,0mm

20


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

Hình 2.1 Kích thước rãnh Stator
30. Đường kính d2 của rãnh :
π .( D + 2.h41 ) − b 'z1 .Z
=
Z −π
π .(22,3 + 2.0, 05) − 0,98.36
=
= 1,10 (cm)
36 − π

d2 =

Trong đó :
Chiều cao miệng rãnh h41 = 0,5mm = 0,05cm
31. Đường kính d1 của rãnh :
π .( Dn − 2.h 'g1 ) − b 'z1 .Z
=
Z +π
π .(32, 7 − 2.3) − 0,98.36
=
= 1, 20 (cm)
36 + π

d1 =

32. Chiều cao rãnh :
hrS = hr1 =

Dn − D − 2.h 'g1
2

=

32, 7 − 22,3 − 2.3
= 2, 2 (cm)
2

33. Chiều cao phần thẳng của rãnh :
h12 = hr1 −

d1 + d 2 + 2.h41
1, 20 + 1,10 + 2.0, 05
= 2, 2 −
= 1 (cm)
2
2

34. Diện tích rãnh :
π .(d12 + d 22 )

d1 + d 2
d
.(h12 − 2 ) =
8
2
2
2
2
π .(1, 20 + 1,10 ) 1, 20 + 1,10
1,10
=
+
.(1 −
) = 1,558 (cm 2 ) = 155,8 (mm 2 )
8
2
2

S 'r =

+

35. Diện tích cách điện rãnh :

21


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

Hình 2.2 Cách điện rãnh Stator
1 - tấm cách điện phía trong có chiều dày là 0,4mm (hai lớp polyeste
0,2mm).
2 - tấm cách điện giữa hai lớp có chiều dày là 0,4mm ( hai lớp polyeste
0,2mm)
3 - tấm cách điện phiá đáy trịn nhỏ có chiều dày là 0,2mm
π .d 2
⎡ π .d
⎤
Scd = ⎢ 1 + 2.h12 + (d1 + d 2 ) ⎥ .c +
.c ' =
2
⎣ 2
⎦
π .1,10
⎡ π .1, 20

⎤
.0, 2 = 0,593 (cm 2 ) = 59,3 ( mm 2 )
=⎢
+ 2.1 + (1, 20 + 1,10) ⎥ .0, 04 +
2
⎣ 2
⎦

36. Diện tích có ích của rãnh :
S r = S 'r − S cd = 155,8 − 59,3 = 96,5 ( mm 2 )

37. Hệ số lấp dầy rãnh :
kld =

ur1.n1.d cd2 18.3.1,122
=
= 0, 702
sr
96,5

Ta nhận thấy hệ số lấp đầy nằm trong phạm vi cho phép là 0,7 ÷ 0,75. Do đó
các kích thước rãnh chọn như trên là hợp lý.
37. Bề rộng răng Stator :
b "z1 =

π .( D + 2.h41 + d 2 )

− d2 =
Z
π .(22,3 + 2.0, 05 + 1,10)

=
− 1,10 = 0,95 (cm)
36
π .[ D + 2.(h41 + h12 )]
b "'z1 =
− d1 =
Z
π .[ 22,3 + 2.(0, 05 + 1)]
=
− 1, 20 = 0,93 (cm)
36
b " + b "'z1 0,95 + 0,93
=
= 0,94 (cm)
bz1 = z1
2
2

38. Chiều cao gông Stator :

22


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

Dn − D

32, 7 − 22,3
− hr1 =
− 2, 2 = 3 (cm)
2
2

hg1 =

39. Kiểm tra mật độ từ thông ở gông Stator :
Bg1 =

Trong đó :

Φ.104
0, 0106.104
=
= 1,378 (T )
2.hg1.l1.kc 2.3.13,5.0,95

kc –hệ số ép chặt lõi sắt.
l1 –chiều dài lõi sắt Stator.

Ta nhận thấy mật độ từ thông ở gông Stator đạt yêu cầu. Trị số Bg1 tính được
là 1,378T nằm trong khoảng 1,2 ÷ 1,45T.
40. Mật độ từ thơng ở răng Stator :
Bz1 =

Bδ .t1.lδ
0, 69.1,95.13,5
=

= 1,507 (T )
bz1.lδ .kc 0,94.13,5.0,95

41. Bề rộng của rãnh :
br = t1 − bz1 = 1,95 − 0,94 = 1, 01 (cm)

Với :

t1 – bước rãnh (cm)
bz1 – bề rộng răng (cm)
41. Độ chênh nhiệt trên lớp cách điện rãnh :
θc =
=

J1. Att k f
4200

.

0,5.δ c
t1
=
.
2.(br + hr1 − hn ) λc

6,801.160, 21.1,1
1,95
0,5.0, 47
.
.

= 9,87 o (C )
4200
2.(1, 01 + 2, 2 − 0, 2) 2, 2.10−3

J1 = 6,801 A/mm2 – mật độ dòng điện
Att = 160,21A/cm – tải điện từ tính tốn
kf = 1,03 ÷ 1,1 – là hệ số tổn hao phụ. Chọn kf = 1,1
hr1 = 2,2cm – chiều cao rãnh Stator
hn = c =2,0mm = 0,20cm – chiều cao của nêm
δc = 0,47
λc = 2,2.10−3 – là hệ số dẫn nhiệt qua lớp cách điện ứng với
cách điện rãnh của dây quấn phần tử mềm.
Ta thấy độ chênh nhiệt trên lớp cách điện rãnh 9,870C < 350C. Do đó kết quả
này chấp nhận được.
42. Građien nhiệt độ trên cách điện rãnh :
Trong đó :

23


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

Δθ c =

θc
9,87o

=
= 42o (C )
0,5.δ c 0,5.0, 47

43. Với đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 1m nên vỏ máy làm bằng gang
đúc, trục của máy là trục ngang.
44. Số gân bằng :
N ' = 0, 02.l1 + 2 = 0, 02.13,5 + 2 = 2, 27

Lấy N’ = 4gân
45. Chiều dày gân :
b' =

2,5 + 0,11.l1 2,5 + 0,11.13,5
=
= 0,996 (cm)
4
N'

Chọn chiều dày gân b’= 1cm.
47. Để đạt được bội số mô men cực đại mmax =

M max
*
= 1, 65 → 2,5 ta chon xd
M dm

ứng với mmax = 2,2 chon xd* = 1,3
48. Để đảm bảo lúc tổng lắp ráp và vận hành tốt. Với Dn = 32,7<100cm, khe
hở khơng khí phải thoả mãn quan hệ sau :

δ ≥ 0,15.(1 + D 2 .10−5 ) = 0,15.(1 + 22,32.10−5 ) = 0,151 (cm)

Sơ bộ xác định khe hở không khí như sau :
δ = 0, 28.

Att .τ
160, 21.17,514
= 0, 28.
= 0, 097 (cm)
*
4
Bδ dm .xd .10
0, 665.1,3.104

Trong đó :
Bδo = 0,95T là mật độ từ thông khe hở không khí lúc khơng tải
ở điện áp định mức. Ta có Bδđm = Bδo.Bδ = 0,95.0,7 = 0,665T
49. Lấy khe hở khơng khí giữa cực từ : δ = 0,15 (cm)
Khe hở khơng khí ở hai đầu mõm cực từ :
δ m = 1,5.δ = 1,5.0,15 = 0, 23 (cm)

Trị số khe hở khơng khí trung bình :
δ '=δ +

(δ m − δ )
0, 23 − 0,15
= 0,15 +
= 0,177 (cm)
3
3

24


ĐỒ

ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

CHƯƠNG III
TÍNH TỐN CỰC TỪ RƠTOR
50. Chiều rộng mặt cực từ :
bm = α m .τ = 0, 7.17,514 = 12, 26 (cm)

Với máy nhiều cực thì αm = 0,7 ÷ 0,75 . Chọn αm = 0,7.
51. Bán kính mặt cực từ :
Rm =

D
2 + 8.D.

δm − δ
bm2

=

22,3
= 10, 64 (cm)
0, 23 − 0,15

2 + 8.22,3.
12, 262

52. Chiều cao mặt cực từ :
Bởi vì máy phát này là máy phát cơng suất nhỏ cho nên không nhất thiết phải
chế tạo dây quấn cản. Dựa vào bảng 11.4 [1]
với bước cực τ =
17,514cm lấy hm = 1,6(cm).
53. Chiều dài thân cực từ và mõm cực từ :
l2 = l1 = 13,5 (cm)

54. Chiều dài tính tốn của thân cực từ khi lấy chiều dài tấm má cực :
lmc = 2 (cm)
lc = l2 + lmc = 13,5 + 2 = 15,5 (cm)

55. Chiều cao thân cực từ :
hc = 0,31.D − (hm + δ ) = 0,31.22,3 − (1, 6 + 0,15) = 5,16 (cm)

56. Hệ số tản từ :
σ t = 1 + k.

35.δ '

τ

2

= 1 + 5,35.

35.0,177

= 1, 084
17,5142

Trong đó :
k = 4,9 được nội suy từ bảng 11.3 [1] .
57. Chiều rộng cực từ :
Dùng thép CT3 dầy 1mm với hệ số ép chặt lõi sắt kc2 = 0,97 và lấy mật độ từ
thông cực từ Bc = 1,41T
bc =

Φ.σ t
α .B .τ .l
0, 65.0, 7.17,514.13,5
= δ δ δ .σ t =
.1, 084 = 5,5 (cm)
kc 2 .lc .Bc
kc 2 .lc .Bc
0,97.15,5.1, 41

Chọn chiều rộng cực từ bằng : bc = 4cm.
58. Vận tốc dài ở bề mặt cực từ :
25