on ap may phat avr - mayphatdien-vn.com ap may phat _ avr2_.pdf · máy phát điện đồng bộ...

SV: TBĐ Đồ án Tốt nghiệp - Thiết kế mạch ổn áp Máy phát

SV: TBĐ Trg. 1

Mục lục Mở đầu ................................................................................................. 2 Chương 1. Tổng quan về các phương pháp ổn định điện

áp máy phát điện đồng bộ....................................................... 3 1. Giới thiệu chung về máy phát điện đồng bộ................................ 4 2. Các đặc tính của Máy phát điện Đồng bộ. .................................. 8 3. Thiết bị tự động điều chỉnh. .......................................................14 4. Hệ thống tự động điều khiển kích từ .........................................20

Chương 2: Sơ đồ tự động điều chỉnh điện áp máy phát

điện...........................................................................................24 1. Hệ thống kích từ ........................................................................24 2. Lựa chọn phương án................................................................. 31 3. Sơ đồ điều khiển cho hệ thống kích từ dùng máy phát

điện xoay chiều theo phương án lựa chọn................................31 Chương 3 - Thiết kế và tính toán mạch động lực .........................32

1. Chỉnh lưu có điều khiển ba pha.................................................32 2. Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu .........................................................39 3. Tính chọn Tiristor .......................................................................40 4. Tính biến áp động lực................................................................41 5. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực ...........................50

Chương 4 - Tính toán các thông số của mạch điều khiển ...........51

1. Nguyên tắc điều khiển Thyristor. ...............................................51 2. Chọn các khâu trong mạch điều khiển. ..................................... 53 3. Tính biến áp xung ...................................................................... 60 4. Tính tầng khuếch đại cuối cùng.................................................62 5. Chọn tụ C2 và R6........................................................................63 6. Tính chọn tầng so sánh .............................................................64 7. Tính chọn khâu đồng pha..........................................................64 8. Tạo nguồn nuôi ..........................................................................66 9. Tính chọn Diod cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi ...........................67 10. Tính khâu phản hồi điện áp .......................................................67

Kết luận ..............................................................................................70 Tài liệu tham khảo.............................................................................72


SV: TBĐ Trg. 2

Mở đầu Ở bất kỳ Quốc gia nào, năng lượng Điện lực luôn luôn được coi là ngành công nghiệp mang tính chất xương sống cho sự phát triển của nền kinh tế. Nó đã và sẽ luôn hỗ trợ thúc đẩy sự phát triển của tất cả các ngành khác. Việc sản xuất và sử dụng điện năng một cách hiệu quả nhưng phải phù hợp chi phí luôn được coi trọng đặc biệt. Ý nghĩa quan trọng mà cũng chính là mục tiêu cao cả nhất của chiến lược phát triển ngành công nghiệp then chốt này là nhằm nâng cao đời sống của mỗi người dân và kết quả của nó sẽ là một Xã hội Văn minh, Tiến bộ và Thịnh vượng. Máy phát điện đồng bộ nói chung đóng một vai trò trọng yếu trong hệ thống điện, nơi mà tính ổn định luôn được đòi hỏi rất cao. Trong hệ thống điện, sự ổn định của mỗi một máy phát điện ở các khía cạnh kỹ thuật đều có tính chất quan trọng nhất định tới sự vận hành an toàn và bền vững của toàn hệ thống và ở các máy phát điện đó thì sự đóng góp của bộ ổn định điện áp máy phát, cùng với các thiết bị ổn định khác là không thể thiếu. Bộ Điều khiển ổn định điện áp máy phát bằng điều khiển dòng/áp kích từ đi (Điều khiển kích từ - ĐKT) vào máy phát đã có một lịch sử phát triển sâu rộng. Kể từ ngày đầu việc điều khiển này được tự động hoá, thiết bị chỉ đóng vai trò như một thiết bị cảnh báo cho người vận hành để tác động điều chỉnh trực tiếp vào máy phát. Vào những năm 1920, khi con người nhận thấy vai trò quan trọng của việc ổn định quá trình quá độ của hệ thống thông qua các bộ điều khiển đáp ứng nhanh, các thiết kế các hệ thống kích từ và điều khiển điện áp đã tiến hóa và cải tiến công nghệ không ngừng: từ kích từ có vành trượt đến không vành trượt, từ thao tác bằng tay đến tự động hoá hoàn toàn thông qua vai trò không thể thiếu của các thiết bị điện tử công suất.


SV: TBĐ Trg. 3

Tuy công suất máy phát được giao thiết kế (125kW) là rất nhỏ và không thực sự đóng vai trò ổn định trong hệ thống điện lớn, nhưng em cho rằng việc thiết kế một thiết bị nhỏ và quan trọng như vậy cũng là nền tảng cơ bản cho mọi thiết kế các bộ ổn áp máy phát khác dù lớn. Nội dung Đồ án thiết kế của em bao gồm 4 chương, trong đó:

Chương 1 đưa ra giới thiệu tổng quan về các phương pháp ổn định điện áp máy phát điện đồng bộ

Chương 2 đề cập cụ thể vào các phương pháp ổn định điện áp với các sơ đồ tự động điều chỉnh điện áp máy phát điện, và lựa chọn ra phương án của đồ án thiết kế.

Chương 3 là các thiết kế và tính toán cụ thể cho mạch động lực của sơ đồ đã chọn và

Chương 4 bao chùm phần tính toán cho các thông số của mạch điều khiển và tổng hợp sơ đồ

Với sự hướng dẫn và giũp đỡ nhiệt tình của Giáo viên hướng dẫn – Thầy Trần Văn Thịnh, em ước mong rằng đồ án tốt nghiệp này sẽ đưa đến một kết quả tốt nghiệp tốt đẹp, nhưng trên hết nó sẽ tạo và xây dựng cho em một nền tảng kiến thức cơ bản, vững chắc trong cuộc sống lao động kỹ thuật của một kỹ sư sau này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Thầy giáo Trần Văn Thịnh về những kiến thức, hướng dẫn, chỉ bảo mà Thầy đã dành cho em trong thời gian học và đặc biệt trong việc hoàn thành đồ án này. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các Thầy Cô giáo khác của Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử nói riêng và các Thầy Cô Khoa Điện và Trường ĐH Bách khoa HN nói chung đã 5 năm vất vả nhiệt tình dạy bảo và đã cho em những công cụ bằng các kiến thức để xây dựng tương lai.

Chương 1. Tổng quan về các phương pháp ổn định điện áp máy phát điện đồng bộ.


SV: TBĐ Trg. 4

1. Giới thiệu chung về máy phát điện đồng bộ Máy phát điện đồng bộ (MFĐ) thường được kéo bởi tuốc-bin hơi hoặc tuốc-bin nước, vì vậy chúng được gọi chung là máy phát tuốc-bin hơi hoặc máy phát tuốc-bin nước. Đối với tuốc-bin hơi, do đặc trưng là tốc độ cao cỡ vài nghìn vòng phút nên máy phát thường có kết cấu rô-to cực ẩn, với đường kính nhỏ để giảm thiểu lực ly tâm và ngược lại, đối với tuốc-bin nước, tốc độ thấp nên thường có rô-to cực lồi, đường kính có thể lên tới 15m tuỳ thuộc công suất của máy. MFĐ ba pha (MFĐ3) thường gặp cơ bản là máy phát điện mà dòng điện một chiều được đưa vào quận dây kích từ không thông qua vành đổi chiều. Cực từ của MFĐ3 được kích thích bằng dòng điện một chiều được đặt ở phần quay, còn dây quấn phần ứng với 3 điểm đối xứng trên nó được nối ra ngoài tải thì được đặt ở phần tĩnh. Cũng có thể đặt cực từ ở phần tĩnh và dây quấn phần ứng ở phần quay giống trong máy điện 1 chiều như ở 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 cơ bản như sau: Stator của máy phát điện đồng bộ có dây quấn 3 pha được đặt cách nhau một góc 120o trong không gian, được gọi là phần ứng, cảm ứng ra các điện áp cung cấp ra tải (Hình 1.1). Còn rotor của máy phát, với cấu tạo dây quấn cực từ (cực lồi đối với máy phát có tuốc bin tốc độ thấp như các máy phát tuốc bin nước, và cực ẩn đối với tuốc bin có tốc độ cao như máy phát Diesel, tuốc bin hơi và khí) làm nhiệm vụ cung cấp từ trường.

N

S

A

BC


SV: TBĐ Trg. 5

Hình 1.1 - Cấu tạo của Stator. Khi rotor quay với tốc độ n thì từ trường cực từ sẽ quét và cảm ứng lên các dây quấn phần ứng các sức điện động (s.đ.đ.) xoay chiều lần lượt lệch pha nhau 120o theo chu kỳ thời gian, với tần số:

60n.pf

Với p là số đôi cực của máy Khi MFĐ3 làm việc khép mạch với tải, dòng điện 3 pha chảy trong 3 dây quấn lệch nhau góc 2ð/3 về thời gian sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ:

pfn 60

1

So sánh (1.1) và (1.2) ta có n=n1, hay có nghĩa là tốc độ quay của rotor bằng tốc độ của từ trường quay. Vì vậy ta có máy phát đồng bộ. Kết cấu MFĐ3


SV: TBĐ Trg. 6

Máy cực ẩn Rotor được làm bằng thép hợp kim chất lượng cao được rèn thành khối hình trụ, trên đó người ta gia công phay tạo rãnh để đặt dây quấn kích từ. Phần không phay rãnh (như hình ??) hình thành mặt cực từ. Các MFĐ3 cực ẩn thường được chế tạo với số cực 2p=2, như vậy tốc độ quay của Rotor 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 Rotor, đường kính D của Rotor không quá 1,1 – 1,5 m. Tăng công suất của máy bằng cách tăng chiều dài l của Rotor. Chiều dài tối đa của Rotor vào khoảng 6,5 m. Dây dẫn kích từ đặt trong rãnh Rotor được chế tạo từ dây đồng trần, tiết diện chữ nhật quẩn theo chiều mỏng thành các bối dây. Các vòng dây của bối 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 rãnh 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 dòng kích từ 1 chiều. Dòng điện kích từ 1 chiều thường được cung cấp bởi một máy phát điện 1 chiều, hoặc xoay chiều được chỉnh lưu (có hoặc không có vành trượt), nối chung trục với MFĐ. Stator của MFĐ3 cực ẩn bao gồm lõi thép, trong có đặt dây quấn 3 pha, ngoài là thân và vỏ máy. Lõi thép Stator được ghép và ép bằng các tấm tôn Silic có phủ cách điện. Các đường thông 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.


SV: TBĐ Trg. 7

Máy Cực lồi. Máy cực lồi được chế tạo cho các MFĐ có tốc độ quay thấp, nên khác với máy cực ẩn, đường kính D của Rotor có thể lớn tới 15 m trong khi chiều dài l lại nhỏ với tỷ lệ l/D = 0,15 – 0,2

Hình 1.2 Cực từ của máy đồng bộ cực lồi

Rotor của MFĐ cực lồi công 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 chế tạo từ các tấm thép dày, từ 1-6mm, 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 Rotor, giá này được lồng vào trục máy. Cực từ đặt trên lõi thép Rotor được ghép bằng những lá thép dày 1-1,5 mm (vẽ hình và đánh số) chế tạo có đuôi hình T hoặc bằng các bu-lông xuyên qua mặt cực và vít chặt vào lõi thép Rotor. 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 vòng dây là các lớp mica hoặc amiang. Sau khi gia công, các cuộn dây được lồng vào các thân cực. Dây quấn cản của MFĐ được đặt ở trên các đầu cực có cấu tạo như dây quấn kiểu lồng sóc của máy điện không đồng bộ; nghĩa là làm


SV: TBĐ Trg. 8

bằng các thanh đồng đặt vào rãnh các đầu cực và hai đầu nối với hai vành ngắn mạch. Stator của MFĐ cực lồi có cấu tạo như ở MFĐ cực ẩn. Để đảm bảo vận hành ổn định, ngoài các yêu cầu chặt chẽ đỗi 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 MFĐ, đáp ứng được môi trường và chế độ làm việc. MFĐ, làm mát bằng gió – công suất nhỏ, có các khoang thông gió 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 không khí được thổi qua các khoang thông gió này. Vỏ máy ngoài ra 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 MFĐ được làm mát bằng nước hoặc bằng khí và được áp dụng cho các máy có công suất lớn cỡ từ vài chục kW trở lên.

2. Các đặc tính của Máy phát điện Đồng bộ.

1. Đặc tính không tải E = U0 = f(it) khi I= 0 và f= fdm

2. Đặc tính ngắn mạch U = f(it) khi U = 0 ; f = fdm

3. Đặc tính ngoàiU = f(I) khi it = const ; cos =const ; f = fdm

4. Đặc tính điều chỉnh it = f(I) khi U = const ; cos = const ; f =

fdm

5. Đặc tính tải U= f(it) khi I = const ; cos = const ; f= fdm

2.1. Đặc tính không tải

E = U0 = f(it) khi I= 0 và f= fđm


SV: TBĐ Trg. 9

Đặc tính không tải là quan hệ giữa sức điện động E cảm ứng ra quận dây stator với dòng điện kích từ khi dòng điện tải bằng không trong hệ đơn vị tương đối với:

E* = dmE

E tdmo

t*t i

ii

E*

It* Hình 1.3 - Đặc tính không tải

2.2. Đặc tính ngắn mạch và tỉ số ngắn mạch

In = f(it) khi U= 0 ; f= fđm

Đặc tính ngắn mạch là quan hệ giữa dòng điện tải khi ngắn mạch (khi dây quấn phần ứng được nối tắt ngay đầu máy) với dòng điện kích từ khi điện áp bằng không và tần số bằng định mức. Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn phần ứng ( rư = 0) thì mạch điện dây quấn phần lúc ngắn mạch là thuần cảm ( = 90 0 ) như vậy

Iq = cos = 0 Id = Isin = I E = jIxd

Vậy ta có đồ thị véc tơ.


SV: TBĐ Trg. 10

E

IjxI

jxdI

jIxd

Hình 1.4 - Đồ thị véc tơ

Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy không bão hoà vì từ thông khe hở không khí cần thiết để sinh ra. E = E – Ixud = Ixư Rất nhỏ. Như vậy quan hệ I = f(It) là đường thẳng

I

It

I = f(It)

Hình 1.5 - Đặc tính ngắn mạch

Tỷ số ngắn mạch: Tỷ số ngắn mạch K là tỷ số dòng điện ngắn mạch Ino ứng với dòng điện kích thích sinh ra suất điện động E = Udm khi không tải với dòng điện định mức.

dm

no

I

IK (Trong đó:

d

dmno x

UI )

xd trị số bão hoà của điện kháng đồng bộ dọc trục ứng với E = Udm

*ddmd

dm

x

1

Ix

UK

xd* thường lớn hơn 1 vậy K < 1 Ino < Iđm


SV: TBĐ Trg. 11

ititnito

I = f(it)

U = f(it)Udm

U.I

Ino

Idm

Hình 1.6

Tỷ số ngắn mạch:

tn

to

dm

no

i

i

I

IK

ito dòng điện kích thích khi không tải lúc Uo = Udm itn dòng điện kích thích khi ngắn mạch lúc I = Idm

Tỷ số ngắn mạch K là một hằng số quan trọng trong máy điện đồng bộ. Máy với K lớn có ưu điểm cho độ thay đổi điện áp U nhỏ khiến cho máy là việc ổn định khi tải thay đổi

2.3. Đặc tính ngòai và độ thay đổi điện áp Udm của máy phát đồng bộ

U = f(I) khi it = const ; cos =const ; f = fdm

Đặc tính ngoài là quan hệ điện áp đầu ra của máy phát khi dòng điện tải thay đổi với dòng điện kích từ, hệ số công suất và tần số là không đổi. Dòng điện it - ứng với Udm ; Idm ; cos =const ; f = fdm - được gọi là dòng điện từ hoá định mức


SV: TBĐ Trg. 12

U

I

U dm

0 I dm

cos U dm

cos (®iÖn dung)

cos (®iÖn c¶m)

Hình 1.7 - Đặc tính ngoài

Từ hình vẽ ta thấy dạng đặc tính ngoài phụ thuộc vào tính chất tải. Nếu tải có tính cảm khi I tăng phản ứng khử từ của phần ứng 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 Udm cuả máy phát điện đồng bộ là sự thay đổi điện áp khi tải thay đổi từ định mức với cos = cosdm đến không tải trong điều kiện không thay đổi dòng điện kích thích

Udm = 100U

UE

dm

dm

2.4. Đặc tính điều chỉnh

it = f(I) khi U = const ; cos = const ; f = fdm .

Đặc tính điều chỉnh là quan hệ của dòng kích từ với dòng điện tải để luôn giữ cho điện áp không thay đổi. Nó cho biết hướng điều chỉnh dòng điện it của máy phát đồng bộ để giữ cho điện áp ra U ở đầu máy phát không đổi


SV: TBĐ Trg. 13

It

I

It

0 Idm

cos(®iÖn dung)

cos

cos (®iÖn c¶m)

Hình 1.8 - Đặc tính điều chỉnh

Ta thấy với tải cảm khi I tăng, tác dụng của phản ứng phần ứng tăng làm cho U bị giảm. Để giữ cho U không đổi phải tăng dòng điện từ hoá it. Ngược lại ở tải dung khi I tăng, muốn giữ U không đổi phải giảm it thông thường cosdm = 0,8 ( thuần cảm) nên từ thông tải (U = Udm ; I = 0) đến tải đinh mức (U = Udm ; I = Idm) phải tăng dòng điện từ hoá

2.5. Đặc tính tải

U= f(it) khi I = const ; cos = const ; f= fđm Đặc tính tải là quan hệ giữa điện áp đầu ra của MFĐ với dòng kích từ khi tải là không đổi. Với các trị số khác nhau của I và cos sẽ có các đặc tính tải khác nhau, trong đó có ý nghĩa nhất là đặc tính tải thuần cảm ứng cos = 0 ( = 900) và I = Iđm

Đặc tính tải thuần cảm có thể suy ra được từ đặc tính không tải và tam giác điện kháng

Từ đặc tính ngắn mạch (đường 2) để có trị số In = Idm dòng điện kích thích itn hoặc sức từ động Ftn cần thiết bằng Ftn=itn =


SV: TBĐ Trg. 14

OC . 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 = kưdFưd sinh ra Eưd phần còn lại OB = OC – BC sẽ sinh ra suất điện động tản từ Fư = Idmxư = AB ( A nằm trên đoạn thẳng của đặc tính không tải đường 1 vì lúc đó mạch từ không bão hoà).

Tam giác ABC được hình thành như trên được gọi là tam giác điện kháng các cạnh BC và AB của tam giác tỷ lệ với dòng tải định mức Idm

Đem tịnh tiến tam giác điện kháng ABC sao cho điểm A tựa trên đặc tính không tải thì đỉnh C sẽ vẽ thành đặc tính thuần cảm (đường 3)

it

U.I

I = 0

I = Idm

23

1

EA'

O' B' C'

C Q PO

M

Idm

kdFd

xIdm

Hình 1.9 - Đặc tính tải

3. Thiết bị tự động điều chỉnh.

Đối với máy phát điện khi tải thay đổi thì không những làm điện áp ra của máy phát thay đổi mà nó còn làm thay đổi cả tốc độ của


SV: TBĐ Trg. 15

động cơ sơ cấp của máy phát dẫn tới thay đổi cả tần số của máy phát. Như vậy trong qúa trình điều khiển máy phát bên cạnh việc ổn định điện áp ra của máy phát ta còn phải ổn định cả tần số máy phát khi tải thay đổi. Thực chất của điều này là ta phải ổn định tốc độ quay của động cơ khi tải thay đổi.

Đối với mỗi loại động cơ/tuốc-bin sơ cấp thì có các bộ điều tốc khác nhau. Tuy nhiên, Đồ án Tốt nghiệp của em chỉ mong muốn đề cập đến loại điều tốc của động cơ sơ cấp Diesel, nhằm tương thích với công suất của yêu cầu của Đồ án

Động cơ Diezel dùng để kéo máy phát điện trong khi hoạt động luôn thường xuyên phải thay đổi chế độ làm việc một cách đột ngột, nghĩa là các chế độ làm việc ổn định của động cơ luôn bị phá vỡ. Khi phụ tải thay đổi thì tốc độ của động cơ cũng thay đổi. Khối lượng bánh đà có thể bù trừ phần nào mức độ chênh lệch giữa công suất động cơ và công suất cần thiết của máy công tác, nhưng nó chỉ mang tính chất tạm thời hơn nữa nếu kích thước bánh đà càng nhỏ thì tác dụng bù trừ ấy càng ít

Muốn giữ cho số vòng quay của động cơ nằm trong một giới hạn cần thiết phải luôn thay đổi lượng nhiên liệu cấp cho động cơ để loại trừ tình trạng mất cân bằng năng lượng giữa động cơ và máy công tác. Nhưng trên thực tế trong điều kiện phụ tải luôn thay đổi đột ngột không thể dùng tay để điều chỉnh lượng nhiên liệu, vì vậy các loại đông cơ Diezel dùng để chạy máy phát điện luôn cần có một cơ cấu đặc biệt điều chỉnh tự động lượng nhiên liệu cấp cho động cơ trong mỗi chu trình công tác để đảm bảo công suất động cơ luôn cân bằng với công suất của máy công tác qua đó giữ cho số vòng quay của động cơ không thay đổi

Hiện nay có rất nhiều loại điều tốc trên mỗi động cơ sở dụng bộ điều tốc nào là tuỳ thuộc vào loại động cơ, đặc điểm của máy công tác và toàn bộ thiết bị


SV: TBĐ Trg. 16

Đối với động cơ Diezel dùng để chạy máy phát luôn phải hoạt động trong điều kiện giữ tốc độ quay không đổi khi tải thường xuyên thay đổi một cách đột ngột, nên động cơ rất dễ vượt quá số vòng quay cho phép giới hạn của động cơ một mặt có thể gây ra ứng suất cơ giới hạn vượt quá giá trị cho phép, mặt khác còn phá hoại nghiêm trọng các quá trình làm việc của động cơ. Vì những lý do trên mà đối với động cơ Diezel dùng để chạy máy phát điện bắt buộc phải lắp bộ điều tốc

Động cơ Diezel thường rất nhạy cảm với các chế độ tốc độ. Nếu tốc độ động cơ vượt quá số vòng quay thiết kế, thường làm giảm nhanh chất lượng của các quá trình công tác vì lúc ấy hệ số dư lượng không khí và chất lượng hình thành khí hỗn hợp đều giảm nhanh lúc ấy một mặt thời gian cháy bị rút ngắn mặt khác chất lượng của quá trình cháy cũng giảm. Nhiên liệu không cháy hết và quá trình cháy còn phải kéo dài thêm trên đường giãn nở, làm động cơ rất nóng (đặc biệt là cơ cấu thải và nhóm pittông). Tốn nhiều nhiên liệu, có thêm muội than trong khí thải của đông cơ dẫn đến động cơ chóng hỏng

Phân loại các loại điều tốc:

Nguyên tắc làm việc của phần tử cảm ứng (phần tử gây cảm ứng trực tiếp với độ biến thiên của tốc độ) gồm các bộ điều tốc: Cơ giới, thuỷ lực, chân không và điện

Theo công dụng gồm loại một chế độ (trong đó có loại chính xác, loại giới hạn và loại bảo hiểm) hai chế độ (đảm bảo cho động cơ làm việc ổn định ở số vòng quay cực tiểu và hạn chế số vòng quay cực đại) và nhiều chế độ (qua cơ cấu điều khiển, có thể đảm bảo cho động cơ làm việc ở bất kỳ số vòng quay nào trong phạm vi số vòng quay công tác của động cơ)


SV: TBĐ Trg. 17

Ngoài sự phân loại như trên trong thực tế người ta con phân ra làm rất nhiều loại tuỳ thuộc vào cơ cấu tác động, ….

Theo nguyên tắc hoạt động của máy phát điện thì để đảm bảo tần số của dòng điện là không đổi khi tải thay đổi thì tốc độ quay của roto phải không đổi như vậy động cơ sơ cấp kéo roto phải không thay đổi. Như vậy đối với động cơ Diezel chạy máy phát điện thì cơ cấu để đảm bảo tốc độ quay của roto không đổi người ta thường dùng bộ điều tốc một chế độ

1

2

3

1 Lß xo

2 Qu¶ v¨ng

3 Khíp trît

Hình 1.10 - Bộ điều tốc một chế độ của máy phát điên Diezel

Lò xo của bộ điều tốc có lực ép ban đầu không đổi do đó quả văng của bộ điều tốc dưới tác dụng cuả lực ly tâm chỉ có thể vận động khi chế độ tốc độ của động cơ đạt tới một giá trị nhất định. Nếu cắt phụ tải bên ngoài động cơ có khuynh hướng làm tăng số vòng quay, lúc ấy dưới tác dụng của lực ly tâm, các quả văng của bộ điều tốc sẽ văng ra ngoài làm di động khớp trượt và thanh răng bơm cao áp. Qua đó làm lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình giảm tới một giá trị cần thiết. Nếu tăng tải bên ngoài số vòng quay của động cơ xẽ giảm một quá trình sẽ sảy ra ngược lại, lúc ấy tác dụng của lực ly tâm nhỏ đi do tốc độ của động cơ giảm, các quả văng của bộ điều tốc sẽ văng ít đi làm di động khớp trượt và thanh răng bơm cao áp. Qua đó làm lượng nhiên liệu cung cấp


SV: TBĐ Trg. 18

cho mỗi chu trình tăng tới một giá trị cần thiết đảm bảo tốc độ động cơ sẽ được giữ không đổi. Tất cả các chế độ làm việc của động cơ lúc này sẽ nằm trên đặc tính điều tốc ab là những chế độ chính qui của động cơ có lắp thêm bộ điều tốc này. Tất nhiên là động cơ có thể làm việc ở các chế độ ngoài đường đặc tính điều tốc ab nhưng đó chỉ là các chế độ chuyển tiếp

Như vậy bộ điều tốc giữ cho số vòng quay của động cơ hầu như không đổi và không phụ thuộc vào tải

z

1

2

3

a

b n

1,2,3: ®Æc tÝnh ngoµi

ab: ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh

Hình 1.11 - Đặc tính của bộ điều tốc một chế độ :

z

n

zn

nonk

Bên cạnh các bộ ổn định tốc độ cơ khí như trên thì trên thực tế hiện nay người ta thường dùng những bộ ổn định tốc độ bằng điện

Một hệ thống ổn định tốc độ của động cơ bằng điện thông thường gồm có hai phần: phần bảo vệ quá tốc độ động cơ và phần khống chế điều chỉnh tốc độ động cơ


SV: TBĐ Trg. 19

Phần bảo vệ quá tốc độ động cơ:

Khi động cơ mất điều khiển tốc độ động cơ có thể tăng lên rất cao điều này làm cho các cơ cấu cơ khí không thể chịu được các lực ly tâm lớn xuất hiện do đó các cơ cấu cơ khí có thể bị phá hỏng đồng thời có thể gây nguy hiểm cho người vận hành máy. Khi đó bộ phận bảo vệ quá tốc độ có nhiệm vụ phát hiện ra sự cố đồng thời khống chế tốc độ động cơ sơ cấp ở một tốc độ an toàn do đó đảm bảo an toàn cho máy và người vận hành

Phần khống chế điều chỉnh tốc độ động cơ:

- Duy trì tốc độ không tải của động cơ tại một điểm đặt trước - Duy trì tốc độ động cơ tại một điểm đặt trước khi tải thay

đổi

Không giống như các bộ khống chế bằng các cơ cấu cơ khí bộ khống chế bằng điện có kích thước nhỏ gọn bao gồm các bộ phận sau :

- Khối điều khiển - Bộ cảm biến tốc độ động cơ - Cơ cấu chấp hành - Bộ bảo vệ quá tốc độ động cơ

So S¸nh khuÕch®¹i

chÊphµnh

®éng c¬

Hình 1.12 - Sơ đồ khối bộ ổn định tốc độ động cơ


SV: TBĐ Trg. 20

Hoạt động của sơ đồ được mô tả như sau:

Tốc độ động cơ được đo bằng một cảm biến, tín hiệu điện này sẽ được gửi tới bộ so sánh ở đây bộ so sánh sẽ so sánh giữa tốc tộ thực tế của động cơ và tốc độ đặt trước. Sau đó tín hiệu so sánh được khuếch đại và chuyển tới một cơ cấu chấp hành (là một nam châm điện từ) nó sẽ điều chỉnh cần điều khiển của bơm nhiên liệu làm tăng hoặc giảm khối lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ làm tốc độ động cơ không thay đổi

4. Hệ thống tự động điều khiển kích từ Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ bao gồm một loạt các kênh liên hệ ngược điều khiển điện áp kích từ của máy phát kích thích (gián tiếp điều khiển điện áp kích từ của máy phát chính ). Trường hợp hệ thống kích từ dùng Thyristor (chỉnh lưu có điều khiển) tín hiệu từ thiết bị tự động điều chỉnh kích từ điều khiển trực tiếp dòng kích từ. Lúc đầu thiết bị tự động điều chỉnh kích từ được thiết kế chỉ với mục đích điều chỉnh điện áp (giữ điện áp đầu cực trong quá trình máy phát làm việc). Cấu tạo đơn giản bởi các kênh phản hồi âm theo độ lệch điện áp và phản hồi dương theo độ lệch dòng điện. Hiện nay thiết bị tự động điều chỉnh kích từ có cấu trúc phức tạp hơn nhiều, thực hiện các nhiệm vụ ổn định hệ thống giảm dao động công suất... Các phần chính trong cấu trúc của thiết bị tự động điều chỉnh kích từ gồm:

Các kênh điều chỉnh theo độ lệch các tham số chế độ (điện áp đầu cực máy phát , dòng stato...). Các kênh này có ảnh hưởng chung nhưng chủ yếu đến các đặc tính tĩnh và chế độ xác lập.

Các kênh điều chỉnh theo tín hiệu đạo hàm của các tham số

chế độ. Các kênh này chỉ ảnh hưởng đến các đặc tính động của hệ thống như điều kiện ổn định (chủ yếu ổn định tĩnh), đến


SV: TBĐ Trg. 21

chất lượng của quá trình quá độ, nhưng không có tác dụng đối với các đặc tính tĩnh.

Bộ phận kích thích cường hành tác động lên quá trình quá độ

khi có những kích động lớn, có ý nghĩa nâng cao tính ổn định tĩnh cho hệ thống

Theo đặc tính làm việc người ta chia thiết bị tự động điều chỉnh kích từ ra làm hai loại chính thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động tỉ lệ và thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động mạnh.

- Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động tỷ lệ :

DL B§ SS

PHM

SS

CH

M¸ykÝchthÝch

C1

C2

C3 §Õn cuénd©y roto

Uf

U0

Hình 1.13 - Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động tỷ lệ

- Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động mạnh:

B§ SS U

B§ VP

CH

VP U'

U

f'

f

TCL ®Õn cuén d©y roto

chØnh lu thyristor

DL

f f

U 0

Hình 1.14 - thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động mạnh

- Khâu Đo lường - ĐL - Biến đổi - BĐ - So sánh - SS


SV: TBĐ Trg. 22

- Các cuộn dây kích từ - C1, C2 và C3 - Kênh phản hồi – PHM - Kích thích cường hành – CH - Bộ ổn định công suất – VP - Bộ chỉnh lưu Thyristor - TCL

Các thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động tỉ lệ chỉ gồm các kênh điều chỉnh theo độ lệch thông số, do đó tác động điều chỉnh tương đối chậm (tương thích với hệ thống kích từ bằng máy phát một chiều hoặc máy phát xoay chiều tần số cao). Do bị giới hạn bởi hệ số khuếch đại chất lượng điều chỉnh điện áp cũng không cao. Hiện nay sử dụng chủ yếu loại này ở những nhà máy không có yêu cầu cao về chất lượng điều chỉnh điện áp, không có yêu cầu đặc biệt về ổn định hệ thống, các nước Tây âu coi thiết bị tự động điều chỉnh kích từ có cấu trúc này là chuẩn cho các máy phát điện thông thường

Các thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động nhanh có cấu tạo đặc biệt , thêm các kênh điều chỉnh theo đạo hàm thông số. Lý thuyết thiết bị tự động điều chỉnh kích từ hiện nay chưa thống nhất. Các nước thuộc Liên Xô cũ xây dựng cơ sở lý thuyết về thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động mạnh trên cơ sở ổn định hệ thống nói chung, nhằm tạo ra các thiết bị tự động điều chỉnh kích từ chất lượng điều chỉnh điện áp rất cao, trong khi vẫn đảm bảo được ổn định cho bản thân thiết bị điều chỉnh (và do đó nâng cao đáng kể tính ổn định của hệ thống nói chung). Trong khi các nước Tây âu đặt thêm bộ phận điều chỉnh phụ ghép với thiết bị tự động điều chỉnh kích từ nhằm giảm dao động công suất (gọi là bộ phận ổn định công suất – Power System Stabilyzer)

Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động tỉ lệ thực hiện điều chỉnh kích từ theo độ lệch điện áp đầu cực máy phát thông qua các phần tử đo lường (máy biến điện áp), thiết bị biến đổi (chỉnh lưu và lọc) được đưa vào bộ phận so sánh. Hiệu số độ lệch nhận


SV: TBĐ Trg. 23

được U = U0 – UF được khuếch đại bởi bộ phận khuếch đại rồi đưa đến cuộn dây kích từ của máy phát kích thích. Trị số điện áp so sánh U0 được lấy sao cho khi điện áp đầu cực máy phát bằng trị số đặt thì U = 0. Khi đó máy phát kích thích làm việc chỉ với dòng kích từ trong cuộn C1. Do U = U0 – UF nên thiết bị làm việc theo nguyên lý phản hồi âm. Để đảm bảo tính ổn định của bộ phận điều chỉnh trong chế độ quá độ, thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động tỉ lệ có thêm kênh phản hồi tốc độ PHM tác động theo tín hiệu đạo hàm cấp 1 của điện áp kích từ (của máy kích thích)

Bộ phận kích thích cường hành thực chất là một rơle điện áp thấp nối với khâu khuếch đại điện áp đầu cực máy phát giảm tới 20% so với trị số định mức rơle tác động đưa điện áp tối đa vào cuộn C3. Nhờ đó điện áp đầu ra của máy kích thích đạt trị số cực đại. Tác động này làm tăng momen điện từ máy phát nhờ đó nâng cao tính ổn định Về cấu trúc, khác với thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động tỉ lệ, thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động mạnh có thêm một loạt kênh tín hiệu là đạo hàm thông số chế độ, cùng đưa vào bộ khuếch đại. Phần tác động điều chỉnh điện áp theo độ lệch và kích thích cường hành không thay đổi. Các kênh mới này rõ ràng không có tác động nào ở chế độ xác lập (vì tín hiệu bằng 0). Tuy nhiên lại có hiệu quả cao đối với chất lượng điều chỉnh điện áp và ổn định tĩnh hệ thống điện. Vấn đề là ở chỗ, nhờ có các kênh này có thể nâng cao hệ số khuếch đại tín hiệu độ lệch điện áp lên rất lớn do kênh điều chỉnh, trong khi vẫn giữ được ổn định cho bộ phận điều chỉnh. Khi đó một cách gián tiếp đem lại hiệu quả cao về phương diện chất lượng điều chỉnh điện áp và tính ổn định chung của hệ thống. Vấn đề là phải chọn được cấu trúc thích hợp và hiệu chỉnh đúng các hệ số đặt ứng với hệ thống điện cụ thể


SV: TBĐ Trg. 24

Chương 2: Sơ đồ tự động điều chỉnh điện áp máy phát điện

1. Hệ thống kích từ 1.1. Tổng quan về hệ thống kích từ Chức năng cơ bản của một hệ thống kích từ là cung cấp dòng điện một chiều vào dây quấn kích từ của máy điện đồng bộ. Thêm vào đó, hệ thống kích từ còn thực hiện các chức năng điều khiển và bảo vệ quan trọng nhằm vận hành thoả mãn hệ thống điện bằng cách điều khiển điện áp và dòng điện đi vào dây quấn kích từ. Chức năng điều khiển bao gồm điều khiển điện áp và công suất phản kháng phát vào lưới và tăng cường tính ổn định của hệ thống điện. Trong khi đó chức năng bảo vệ sẽ đảm bảo rằng các thông số giới hạn của máy đồng bộ, hệ thống kích thích và các bộ phận khác của máy không bị vượt quá. 1.2. Yêu cầu chung đối với một hệ thống kích từ. Yêu cầu đối với một hệ thống kích từ được đưa ra dưới hai tiêu chí đó là yêu cầu theo tiêu chí máy phát và yêu cầu theo tiêu chí hệ thống điện. 1.2.1. Theo tiêu chí máy phát. Yêu cầu cơ bản theo tiêu chí này là hệ thống kích từ phải cung cấp và tự động điều chỉnh dòng điện đi vào dây quấn kích từ của máy phát đồng bộ để đảm bảo duy trì điện áp đầu ra của máy phát khi tải thay đổi trong khả năng cung cấp liên tục của máy phát. Các giới hạn về thay đổi nhiệt độ, điều kiện làm việc của thiết bị, điều kiện quá tải v.v.. phải được tính toán khi chế độ ổn định được xác định.


SV: TBĐ Trg. 25

Thêm vào đó, hệ thống kích từ phải đáp ứng được các biến động quá độ của tải bằng áp đặt từ trường phù hợp với khả năng đáp ứng đồng thời và ngắn hạn của máy phát. Khả năng của máy phát ở đây là các giới hạn của một số yếu tố như: cách điện dây quấn rô-to khi điện áp tăng cao, độ tăng nhiệt độ rô-to do dòng điện từ trường tăng cao, độ tăng nhiệt độ của stator do dòng tải tăng ở dây quấn phần ứng; độ tăng nhiệt các đầu búi dây ở chế độ thiếu kích thích và quá điện áp hoặc quá tần số. Các giới hạn về nhiệt có hằng số thời gian quán tính nhất định và khả năng quá tải ngắn hạn của máy phát có thể ở trong khoảng từ 15 đến 60 giây. Để đảm bảo sử dụng tối ưu hệ thống kích từ, hệ thống kích từ phải có khả năng đáp ứng các yêu cầu của hệ thống bằng cách tận dụng triệt để các khả năng ngắn hạn của máy phát sao cho không vượt quá các giới hạn 1.2.2. Theo tiêu chí hệ thống điện Theo tiêu chí này, hệ thống kích từ phải đóng vai trò điều khiển hiệu quả điện áp và nâng cao tính ổn định của hệ thống điện. Nó phải có khả năng đáp ứng nhanh đối với những biến động của hệ thống để nâng cao độ ổn định quá độ và tác động nhanh đối với từ trường nhằm tăng cường tính ổn định tín hiệu nhỏ (ổn định tĩnh) của hệ thống. Theo lịch sử, vai trò của hệ thống kích từ trong việc tăng cường vận hành hệ thống điện ngày càng tăng cao. Các hệ thống kích từ thời kỳ đầu được điều khiển bằng tay để duy trì điện áp đầu cực và công suất phản kháng của máy phát. Khi việc điều khiển điện áp đầu cực của máy phát lần đầu tiên được tự động hoá, quá trình điều khiển đó diển ra rất chậm, chủ yếu là đóng vai trò cảnh báo. Trong những năm 1920 khi vai trò của các bộ ổn áp tác động nhanh đối với độ ổn định quá độ và độ ổn định tĩnh của hệ thống điện được phát hiện, người ta càng quan tâm hơn nhiều đến khả năng của hệ thống kích từ và các máy kích từ (excitor) cùng với các bộ ổn định điện áp (voltage


SV: TBĐ Trg. 26

regulator) đáp ứng nhanh đã sớm được đưa vào ứng dụng cho các hệ thống điện. Hệ thống kích từ theo đó đã có các bước tiến hoá liên tục. Trong những năm 1960 hệ thống kích từ đã được mở rộng bằng việc sử dụng các tín hiệu ổn định phụ, ngoài các tín hiệu về sai lệch điện áp đầu ra, để điều khiển điện áp từ trường nhằm loại bỏ các dao động của hệ thống. Người ta coi việc điều khiển kích từ này như là bộ ổn định hệ thống điện. Trên thực tế ngày nay các hệ thống kích từ hiện đại có khả năng đáp ứng đồng thời đối với các điện áp ngưỡng cao. Việc phối hợp về năng lực áp đặt từ trường cao cùng với việc sử dụng các tín hiệu ổn định phụ sẽ đóng góp lớn cho việc nâng cao ổn định động trong vận hành hệ hệ thống điện 1.3. Các phương pháp Tự động Điều chỉnh Kích từ Như ta đã biết để điều chỉnh điện áp phát ra của máy phát người ta thường điều chỉnh dòng kích từ nhờ một bộ điều chỉnh bằng tay hoặc tự động hệ thống kích từ. Trong chế độ làm việc bình thường điều chỉnh dòng kích từ sẽ điều chỉnh được điện áp đầu cực máy phát thay đổi được lượng công suất phản kháng phát vào lưới. Thiết bị điều chỉnh kích từ làm việc nhằm giữ điện áp không thay đổi (với độ chính xác nào đó) khi phụ tải biến động. Ngoài ra thiết bị tự động điều chỉnh kích từ còn nhằm mục đích nâng cao giới hạn công suất truyền tải từ máy phát điện vào hệ thống, đảm bảo sự ổn định tĩnh, nâng cao sự ổn định động. Để cung cấp một cách tin cậy dòng một chiều cho cuộn dây kích từ của máy phát điện đồng bộ, cần phải có một hệ thống kích từ thích hợp với công suất định mức đủ lớn. Thông thường đòi hỏi công suất định mức của hệ thống kích từ bằng (0,2 – 0,6%) công suất định mức máy phát điện. Dòng điện kích từ chạy trong các cuộn dây rôto của máy phát điện đồng bộ là dòng điện một chiều vì vậy cần có hệ thống nguồn cung cấp riêng. Hệ thống kích từ, điều chỉnh dòng kích từ trong quá trình


SV: TBĐ Trg. 27

làm việc là thiết bị tự động điều chỉnh kích từ. Đặc tính của hệ thống kích từ và cấu trúc thiết bị điều chỉnh kích từ có ý nghĩa quyết định không những đối với chất lượng điều chỉnh điện áp mà còn đến tính ổn định hệ thống. Ta xét đặc tính một số loại kích từ chính. Trong thực tế người ta có 4 phương pháp để điều chỉnh dòng kích từ một cách tự động đó là các phương pháp sau:

Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều. Hệ thống kích từ dùng các máy phát điện xoay chiều có vành góp. Hệ thống kích từ dùng các máy phát điện xoay chiều không vành

góp. Hệ thống kích từ xoay chiều dùng nguồn chỉnh lưu có điều khiển.

1) Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều

T§K

R

C3 C2 C1

FU

Hình 2.1 - Hệ thống kích từ dùng máy phát một chiều.

Ở các máy phát điện công suất nhỏ hệ thống kích từ là các máy phát điện một chiều.

Máy phát điện một chiều làm nhiệm vụ kích thích này (còn gọi là máy phát điện kích thích) có thể được kích thích độc lập hoặc song song cuộn dây kích thích của nó có thể chia làm nhiều cuộn dây cùng làm việc. Cuộn chính C1 tác động điều chỉnh bằng tay


SV: TBĐ Trg. 28

cuộn C2 làm việc thông qua tác động của thiết bị điều chỉnh kích từ trong các chế độ làm việc bình thường. Cuộn C3 chỉ tác động khi có tín hiệu sự cố (chế độ kính thích cường hành). Tín hiệu đầu vào cho thiết bị điều chỉnh kích từ lấy từ các máy biến dòng và máy biến áp đặt tại đầu cực máy phát. Nhược điểm chủ yếu của hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều là bị giới hạn bởi công suất nhỏ (hạn chế làm việc bởi tia lửa phát sinh trên vành đổi chiều) và có hằng số quán tính điều chỉnh lớn (Te = 0,3 – 0,5s).

2) Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều tần số cao chỉnh lưu.

T§K

C3 C2 C1

FU

Hình 2.2 - Hệ thống kích từ dùng máy phát điện tần số cao chỉnh

lưu.

Đối với các máy phát từ 100MW trở lên hiện nay đều sử dụng hệ thống nguồn xoay chiều chỉnh lưu. Trước hết phải kể đến hệ thống kích từ dùng máy phát điện tần số cao chỉnh lưu.

Do không có vành đổi chiều công suất có thể tăng lên đáng kể áp dụng được cho các máy phát ba pha công suất từ 200 – 300 MW. Tuy nhiên nhựơc điểm của loại này là công suất chế tạo vẫn bị giới hạn, do tia lửa vành trượt suất hiện khi có công suất lớn (cần có vành trượt đưa điện vào stato). Ngoài ra hằng số quán tính có trị số khoảng ( 0,3- 0,4s).


SV: TBĐ Trg. 29

3) Hệ thống kích từ dùng máy phát kích từ xoay chiều không vành

trượt:

T§K

FU

Hình 2.3 - Hệ thống máy phát kích từ xoay chiều không vành

trượt.

Một trong các phương pháp được sử dụng rộng rãi hiện nay là phương pháp dùng máy phát điện xoay chiều không vành trượt (hệ thống kích từ không vành trượt).

Trong hệ thống kích từ này người ta dùng một máy phát điện xoay chiều 3 pha quay cùng trục với máy phát điện chính làm nguồn cung cấp. Máy phát xoay chiều kích từ có kết cấu đặc biệt: Cuộn kích từ đặt ở stato, còn cuộn dây 3 pha lại đặt ở rôto. Dòng điện xoay chiều 3 pha tạo ra ở máy phát kích thích được chỉnh lưu thành dòng một chiều nhờ một bộ chỉnh lưu công suất lớn cùng gắn ngay trên trục rôto của máy phát. Nhờ vậy mà cuộn dây kích từ của máy phát điện chính có thể nhận được ngay dòng điện chỉnh lưu không qua vành trượt và chổi than. Để cung cấp dòng điện một chiều của máy phát kích thích (đặt ở stato) mà nguồn cung cấp của nó có thể là nguồn một chiều bằng Ac-qui hoặc một nguồn xoay chiều khác bất kỳ thông qua chỉnh lưu có hoặc không có điều khiển. Tác động của hệ thống tự động điều chỉnh kích từ được đặt trực tiếp vào cửa điều khiển của bộ chỉnh lưu, làm thay đổi dòng kích từ của máy phát điện kích thích, tương ứng với mục đích điều


SV: TBĐ Trg. 30

chỉnh điện áp phát ra của máy phát. Như vậy hoàn toàn không có vành trượt đưa điện vào roto công xuất chế tạo không bị hạn chế, ngoài ra do nối trực tiếp hằng số thời gian cũng giảm đi đáng kể (0,1 – 0,15s). 4) Hệ thống kích từ xoay chiều dùng nguồn chỉnh lưu có điều khiển.

Hình 2.4 - Hệ thống kích từ chỉnh lưu có điều khiển Hệ thống này cho phép tạo ra hằng số có quán tính rất nhỏ 0,02 – 0,04s nhờ khả năng điều chỉnh trực tiếp dòng kích từ (chạy qua các Thyristor) đi vào cuộn dây roto máy phát điện đồng bộ. Hiện nay tại các nhà máy phát điện chủ yếu sử dụng loại hệ thống kích từ này. Hằng số quán tính nhỏ là điều kiện quan trọng cho phép nâng cao chất lượng điều chỉnh điện áp và tính ổn định.

TĐK

F U

Đại học Bách khoa Hà nội Đồ án Tốt nghiệp - Thiết kế mạch ổn áp Máy phát

SV: TBĐ Trg. 31

2. Lựa chọn phương án

Theo yêu cầu của đồ án với cấu hình là MFĐ3, công suất P = 125kW, U = 380/220 (V), sử dụng máy phát phụ xoay chiều 3 pha, Ukt = 100V, Ikt = 6(A), em tính chọn sử dụng Hệ thống máy phát kích từ xoay chiều, dùng điều chỉnh kích từ chỉnh lưu có điều khiển. Theo đó hệ thống sẽ sử tự động điều khiển đưa dòng điện một chiều đưa vào cuộn dây kích từ của máy phát kích thích. Phương pháp điều khiển kích từ náy có những ưu điểm chính sau:

Thiết bị đơn giản, rẻ tiền, Điều khiển dễ dàng, Đặc tính điều chỉnh tốt, Hằng số thời gian quán tính và điều chỉnh nhỏ, Thiết bị không cần sử dụng vành góp

3. Sơ đồ điều khiển cho hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều theo phương án lựa chọn

Hình 2.5 – Sơ đồ điều khiển kích từ dùng chỉnh lưu điều khiển tia 3 pha dùng hệ thống Máy phát kích từ xoay chiều không vành

trượt

ĐK

A

B

C

Ikt

Ikt

FK F


SV: TBĐ Trg. 32

Chương 3 - Thiết kế và tính toán mạch động lực

1. Chỉnh lưu có điều khiển ba pha

I. Chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển :

ia ib ic

TcTbTa

a b c

Z

Hình 3.1 - Chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển.

Khi thay đổi góc mở các Thyristor sẽ thay đổi được điện áp trên phụ tải và do đó thay đổi được dòng điện chỉnh lưu qua tải. Giả sử các s.đ.đ thứ cấp MBA là : ea = 2 E2sin

eb = 2 E2sin( - 23 )

ec = 2 E2sin( - 43 )

- Trường hợp tải cảm kháng (không xét dòng gián đoạn)


SV: TBĐ Trg. 33

Do năng lượng tích luỹ trong phần cảm nên khi một Thyristor nào đó thông thì quá trình khoá Thyristor đó bị kéo dài. Điện cảm càng lớn thì quá trình khoá Thyristor càng dài. Trong sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia, khi một Thyristor kết thúc quá trình khoá kéo dài mà Thyristor kế tiếp chưa có xung mở thì dòng điện phụ tải bị gián đoạn. Trường hợp ngược lại, khi một Thyristor chưa kết thúc quá trình khoá kéo dài mà Thyristor kế tiếp đã có xung mở thì dòng điện phụ tải sẽ liên tục.

Vậy, chế độ làm việc và đặc điểm chuyển mạch của sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển hình tia khi góc mở 0 không những phụ thuộc vào tính chất của phụ tải, điện cảm của nguồn mà còn phụ thuộc cả vào góc mở .

Với tải cảm kháng có hai chế độ dòng điện :

- Gián đoạn : khi trị số độ tự cảm L nhỏ và góc mở 6 đủ lớn.

- Liên tục : khi góc mở 6 không phụ thuộc vào trị số điện

cảm hoặc khi góc mở 6 với trị số điện cảm lớn. Với L =

thì dòng điện tải sẽ liên tục không phụ thuộc vào trị số góc mở .

Khi độ tự cảm của nguồn được bỏ qua (Hình b) Lng = 0 thì đó là chuyển mạch tức thời. Điện áp trung bình trên phụ tải được tính :

U0 = 32

1

d.sinE2

35

62 = 22

63E

= 1,17E2

Khi độ tự cảm nguồn Lng 0 thì đó là chuyển mạch có quá trình (Hình c) với góc trùng dẫn = t. Điện áp chỉnh lưu tức thời như đã phân tích là một đường cong phức tạp hơn do có sự giảm điện áp lúc trùng dẫn và điện áp trung bình trên phụ tải được tính :

U0 = 2

ba ee


SV: TBĐ Trg. 34

eoea eb ec

o t

o t

to

o t

eoea eb ec

eoea eb ec

i

ia ib icic

a)

b)

c)

d)

Hình 3.2 - Chỉnh lưu có điều khiển hình tia ba pha với tải có cảm kháng.

Lượng giảm điện áp trung bình (phần gạch carô) U là :

U =

23 Ong IL

Khi xảy ra hiện tượng trùng dẫn có hai Thyristor thông, hai nguồn tương ứng bị ngắn và điện áp chỉnh lưu nhỏ hơn so với trường hợp lý tưởng Lng = 0.

U’O =

UcosE2263

II. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng

A B C A

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

Uf

0

A B C


SV: TBĐ Trg. 35

Chỉnh lưu cầu ba pha có sơ đồ nguyên lý như hình. Sáu Thyristor chia làm hai nhóm: nhóm Cathode chung (T1, T3, T5) và nhóm Anode chung (T2, T4, T6). Xét sự làm việc của sơ đồ ở một số khoảng thời gian :

Khoảng 6

3


SV: TBĐ Trg. 36

Trong khoảng này các suất điện động nguồn có quan hệ ea > ec > eb. Với nhóm Cathode chung, T1 có thế Anode dương cao nhất nên nếu có xung mở (góc mở ) thì T1 sẽ thông, dẫn tới thế Cathode của T3 và T5 cao hơn thế Anode của chúng và các Thyristor T3 và T5 bị khoá do phân áp ngược.

Với nhóm Cathode chung, T6 có thế âm thấp nhất nên nếu có xung mở (góc mở ) thì T6 sẽ thông, dẫn tới thế Anode của T2 và T4 cao hơn thế Cathode của chúng và các Thyristor T2 và T4 bị khoá do phân áp ngược. Vậy trong khoảng này T1 và T6 dẫn dòng từ nguồn tới tải

Khoảng 6

3 6

5

Trong khoảng này ea > eb > ec . Với nhóm Cathode chung, T1 vẫn có thế Anode dương cao nhất nên vẫn thông, còn các T3 và T5 bị phân áp ngược nên bị khoá (dù cho có xung mở). Với nhóm Anode chung, T2 bây giờ có thế Cathode âm thấp nhất nên nếu có xung mở thì T2 sẽ thông và khi T2 thông sẽ đặt điện thế Vc âm thấp nhất vào Anode chung, dẫn đến T6 đang thông trước đó bị phân áp ngược và khoá lại. Dòng điện phụ tải được dẫn từ nguồn qua T1 , T2 .

Khoảng 6

5 6

7

Trong khoảng này eb > ea > ec. Với nhóm Cathode chung, T3 vẫn có thế Anode dương cao nhất nên nếu có xung mở thì sẽ thông và khi thông sẽ đặt điện thế Vb dương cao nhất vào Cathode chung, dẫn đến T1 đang thông trước đó bị phân áp ngược và bị khoá lại ngay (T5 vẫn khoá). Với nhóm Anode chung, T2 vẫn có thế Cathode âm thấp nhất nên vẫn thông, còn các T4 , T6 bị phân áp ngược nên vẫn khoá (dù có xung mở). Dòng điện phụ tải được dẫn từ nguồn qua T3 và T2 .

Lập luận tương tự cho các khoảng tiếp theo : 6

7 6

9 , 6

9 6

11 ,

611

613 , ... Ta có bảng kết quả :


SV: TBĐ Trg. 37

Khoảng Thyristor được

cấp xung Các Thyristor thông

Chiều dòng điện

Điện áp phụ tải

6

63

T1 T1 và T6

a - tải – b

ea - eb

63

65

T2 T1 và T2

a - tải - c

ea - ec

65

67

T3 T3 và T2

b - tải - c

eb - ec

67

69

T4 T3 và T4

b - tải – a

eb - ea

69

611

T5 T5 và T4

c - tải - a

ec - ea

611

613

T6 T5 và T6

c - tải - b

ec - eb

Giá trị tức thời của điện áp trên phụ tải UO = VP - VN chính là hiệu các giá trị tức thời của các suất điện động hai pha đang cấp điện cho phụ tải. Đó là hiệu các giá trị tức thời giữa suất điện động của pha dương nhất và suất điện động của pha âm nhất hay nói cách khác là khoảng cách thẳng đứng giữa hai đường bao trên cùng và dưới cùng của các suất điện động xoay chiều ba pha. Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu là :

UO = 6

d.sinE2

65

6

221 =

cosE22

63 = 2,34E2cos .

Điện áp ngược đặt lên mỗi Thyristor có giá trị cực đại : Ung.max = 6 E2 = 2,45E2 .

Dòng điện phụ tải phụ thuộc vào bản chất phụ tải và cả góc mở . III. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng Nguyên lý làm việc của sơ đồ này cũng tương tự như sơ đồ cầu đối xứng. Điều cần lưu ý là khi các Thyristor có phân áp thuận mà muốn dẫn thông thì phải cấp xung điều khiển, còn các Diode thì cứ phân áp thuận thì dẫn thông.


SV: TBĐ Trg. 38

Khoảng 6

63 :

ea > ec > eb . Nhóm Diode mắc chung Anode chung sẽ có D6 dẫn thông vì nó có thế Cathode thấp nhất. Nhóm Thyristor mắc Cathode chung có T1 với thế Anode cao nhất nên nếu có xung mở thì nó sẽ thông. Thyristor T1 và Diode D6 thông sẽ cho dòng i0 chạy qua phụ tải. Diode D6 thông làm thế Anode của các Diode D2 và D4 là VB nên chúng bị phân áp ngược.

Khoảng 6

3 6

5

ea > eb > ec . Thế Anode của Diode D2 bây giờ là Vb > Vc nên D2 thông. Do D2 thông nên thế Vc đặt lên Anode của D6 làm D6 bị phân áp ngược và khoá. Dòng điện phụ tải được dẫn qua Thyristor T1 và Diode D2.

Khoảng 6

5 6

7

D4

D6

D2

T1

T3

T5

L R

A B C A

X1

X3

X5

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

Ud

Uf

T1

T3

T5

D4

D6

D4

0

Hình 3.4 - Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng a- sơ đồ động lực, b- giản đồ các đường cong, Ud- điện áp tải khi

góc mở ỏ= 60o

A B C


SV: TBĐ Trg. 39

eb > ea > ec - trong khoảng này, Thyristor T3 được phân áp thuận nên khi có xung mở thì T3 sẽ thông dẫn đến thế Vb > Va đặt lên Cathode của T1 làm T1 khoá. Thế Vc thấp nhất đặt lên Anode của các Diode D4, D6 (do Diode D2 dẫn) nên D4 và D6 khoá. Dòng điện phụ tải được dẫn từ nguồn qua T3 và D2.

Khoảng 6

7 6

9

eb > ec > ea - do Diode D2 đã thông nên đặt thế Vc > Va lên Anode của D4 nên D4 thông. Diode D4 thông đã đặt thế Va thấp nhất lên Anode của Diode D2 nên D2 khoá. Thyristor T3 đã thông trước nên đặt thế Vb lớn nhất lên Cathode của các Thyristor T5 nên hai Thyristor này không thể thông.

Lý giải một cách tương tự ta có khoảng thông và khoá của các Thyristor và Diode. Nhóm Diode mắc Anode chung sẽ tạo ra điện áp trên tải U0D là đường bao dưới của các suất điện động ba pha. Nhóm Thyristor mắc Cathode chung sẽ tạo ra điện áp trên tải UOth là đường nét đậm trên cùng. Như vậy giá trị tức thời của điện áp trên tải sẽ là :

U0 = UOD + U0th

Với: U0D = 263 E2cos

U0th = - 263 E2

Vậy nên ta có : U0 = U0D + U0th = 263 E2 ( 1+ cos )

2. Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu Sau khi phân tích và đánh giá về các phương pháp chỉnh lưu có điều khiển ba pha, từ các ưu nhược điểm của các sơ đồ, Với tải là mạch kích từ của máy phát điện Diezel thì sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển là hợp lý hơn cả bởi lẽ công suất của mạch kích từ không lớn lắm. Việc điều khiển chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng so với các phương


SV: TBĐ Trg. 40

pháp chỉnh lưu khác là đơn giản mà chất lượng điện áp ra cũng tương đối tốt

Hình 3.5 – Sơ đồ mạch động lực

3. Tính chọn Tiristor Ta chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc, các thông số cơ bản các van được tính như sau : Điện áp ngược lớn nhất mà Tiristo phải chịu:

u

dnv2nv nmax K

UKUKU

Trong đó : Ud : điện áp tải Knv: hệ số điện áp ngược (Knv = 6 )

Ku : hệ số điện áp tải (Ku = 263 )

33,2093

100*

K

UKU

u

dnv nmax

2Π

(V) Như vậy Unmax = 210 (V)

Điện áp ngược của van cần chọn.

ĐK

A

B

C

Ikt

Ikt

FK F


SV: TBĐ Trg. 41

Unv = KdtUnmax = 1,8*210 = 376,8 (V) KdtU : Hệ số dự trữ điện áp (chọn KdtU = 1,8)

Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng điện hiệu dụng:

Ilv = 3

KTI = 3

6 = 3,464(A)

Với dòng điện làm việc tính toán như trên là khá bé, nên chọn van không cánh toả nhiệt. Với điều kiện đó dòng điện định mức của van cần chọn:

Iđm = KiIlv = 10*3,464 = 34,6(A) Ki : Hệ số dự trữ dòng điện Ki = 10)

Từ các thông số Unv , Idmv ta chọn 3 Thiristo loại HT40/08OJ4 có các thông số sau:

- Điện áp ngược cực đại của van : Un = 800(V) - Dòng điện định mức của van : Idm = 40(A) - Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 900(A) - Dòng điện của xung điều khiển : Idk = 110(mA) - Điện áp của xung điều khiển : Udk = 3(V) - Dòng điện rò : Ir = 6(mA) - Dòng điện tự giữ : Ih = 200(mA) - Sụt áp lớn nhất của Tiristo ở trạng thái dẫn

: U =1.65(V)

- Tốc độ biến thiên điện áp :

dt

dU

1000(V/s) - Thời gian chuyển mạch : tcm =150s - Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép : Tmax =1250C

4. Tính biến áp động lực

Với các tính toán đã được trình bày ở các phần trên, thì máy biến áp động lực được chọn dùng trong đồ án này là biến áp 3 pha, 3 trụ với các tính toán được trình bày dưới đây. Vì biến áp có công suất nhỏ, nên được thiết kế là máy biến áp khô, làm mát bằng đối lưu tự nhiên.


SV: TBĐ Trg. 42

4.1. Điện áp chỉnh lưu không tải

Udo = Ud + U v + Uba + Udn

Với: Ud - điện áp chỉnh lưu = Ukt = 100V

Uv- sụt áp trên các van: Uv = 1.65V;

Uba = U r + Ul - sụt áp bên trong biến áp khi có tải, bao gồm sụt áp trên điện trở Ur và sụt áp trên điện cảm Ul. Chọn = 10%=10V

Udn = Rdn.Id =(.l/S).Id - sụt áp trên dây nối; có thể bỏ qua

Vậy Udo = 100 + 1,65 + 10 + 0 = 116,5 (V)

4.2. Xác định công suất tối đa của tải ví dụ với tải chỉnh lưu xác

định

Pdmax = Udo . Id

Pdmax = 116,5 . 6 = 699(W) lấy tròn = 700W

4.3. Công suất biến áp nguồn cấp được tính

Sba = ks . Pdmax

Sba = 700.1,345 = 941.5 (W)

Với: Sba - công suất biểu kiến của biến áp [W];

ks - hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực,

Pdmax - công suất cực đại của tải [W].

4.4. Tính toán sơ bộ mạch từ

Tiết diện trụ QFe của lõi thép biến áp:

Theo công thức kinh nghiệm

2cmf.m

SkQ ba

QFe

271173

59410101 cm,,

,m

S,Q ba

Fe


SV: TBĐ Trg. 43

4.5. Tính toán dây quấn biến áp.

Theo kinh nghiệm số vòng dây của mỗi cuộn được tính Gần đúng có thể tính nếu coi f = 50 Hz, chọn B = 1Tésla lúc đó

FeQU.W 45 (vòng)

Số vòng dây của một cuộn dây sơ cấp W1

Số vòng dây của một cuộn dây thứ cấp W2

Với

Tính dòng điện của các cuộn dây.

Tra bảng xác định dòng điện các cuộn dây dòng điện sơ và thứ cấp ta có

Dòng điện thứ cấp mỗi cuộn dây

I2 = k2.Id = 0,58.6 = 3,48 (A)

Dòng điện sơ cấp mỗi cuộn dây

I1 = k1.kba.Id =0,82.0,262.6= 1,289 =1,3 (A)

Với kba = U2/U1 = 99,6/380 = 0,262

Tiết diện dây dẫn sơ cấp

J - mật độ dòng điện trong biến áp: chọn = 2,5 [A/mm2]

Tiết diện dây dẫn thứ cấp

(vßng),

.Q

U.W

Fe

5597117

2204545 11

(vßng)25371176994545 2

2 ,..

QU.W

Fe

)V(,,

,k

UUU

d 699171

511602

)mm(,.,

jISCu

211 520

5231

)mm(,.,

jISCu

222 41

5253


SV: TBĐ Trg. 44

Đường kính dây quấn, chọn dây quấn tròn, được tính:

Đường kính dây quấn sơ cấp

Đường kính dây thứ cấp

Trong đó: d - đường kính dây quấn.

SCu – tiết diện dây quấn.

)mm(,,.Sd Cu 81052044 11

)mm(,,.Sd Cu 3314144 22

CuSd 4


SV: TBĐ Trg. 45

4.6. Tính kích thước mạch từ

Hình 3.6. Lõi thép biến áp - các kích thước cơ bản của mạch từ

Do Biến áp có công suất nhỏ, nên chọn trụ hình chữ nhật, với các kích thước QFe = a . b. Trong đó a - bề rộng trụ, b - bề dầy trụ

Chọn lá thép có độ dày 0,35mm

Diện tích cửa sổ cần có là Qcs = 2.(Qcs1 + Qcs2 ), chính là diện tích do các cuộn dây chiếm chỗ trong cửa sổ:

Chọn klđ = 2,5

Qcs1 =klđ.W1.SCu1 = 2,5.559.0,52 = 726,7 [mm2]

Qcs2 =klđ.W2.SCu2 = 2,5.253.1,4 = 885,5 [mm2]

Vậy Qcs = 2(726,7+ 885,5) = 3224,4 [mm2] =32,244 [cm2]

Chọn kích thước cửa sổ có hình dáng kết cấu mạch từ thể hiện như hình 3.10 với các hệ số phụ được chọn (theo kinh nghiệm, do là biến áp 3 pha, ba trụ hình E)

m = h/a = 2,5; l = b/a = 1

h=a.m = 4,208.2,5 = 10,52(cm); với

Vậy chiều rộng toàn bộ mạch từ

C=2c +3a = 2.3,06 + 3.4,208 = 18,74 (cm)

Chiều cao mạch từ

)cm(,,Qabb.aQ FeFe 20847117

)cm(,,,

h

Qcc.hQ cs

cs 063521024432

b

h H

c C

c


SV: TBĐ Trg. 46

H = h + z.a = 10,52 + 2.4,208 = 18,96 (cm)

Với thép từ KTĐ có độ dày t=0,35 mm, nên tổng số lá thép cần có sẽ là nt = b/t = 42,08/0,35 = 120,2; vậy lấy tròn là 121 tấm

4.7. Kết cấu dây quấn:

Dây quấn được bố trí theo chiều dọc trụ, mỗi cuộn dây được quấn thành nhiều lớp dây. Mỗi lớp dây được quấn liên tục, các vòng dây sát nhau. Các lớp dây cách điện với nhau bằng các bìa cách điện. Như đã tính ở trên, chọn dây quấn tiết diện tròn

Số vòng dây 1 lớp thứ cấp W2l:

Với: dn - đường kính dây quấn kể cả cách điện;

hg - khoảng cách cách điện với gông; chọn hg = 2.dn.

Số lớp dây quấn thứ cấp: sld2= 253/68 =3,72 = 4 lớp

Số vòng dây 1 lớp sơ cấp

Số lớp dây quấn sơ cấp: sldt= 559/103 =5,42 = 6 lớp

Bề dày của mỗi cuộn dây Bdct = d. sld + cd.sld

Bề dày cuộn dây sơ cấp: Bdct = dt. sldt + cd.sldt=1.6 + 0,1.6 = 6,6 (mm)

Bề dày cuộn dây thứ cấp: Bdc2 = d2. sld2 + cd.sld2=1,5.4 + 0,1.4 = 6,4 (mm)

Tổng bề dày Bd 1 cạnh các cuộn dây của 1 trụ

Bd = Bdc1 + Bdc2 +...+ cdt + cd2cd + cdn

= 6,6 + 6,4 +0,5.3 = 14,5 (mm)

)vßng(,,

,.,d

hhW

n

gl 1368

515122105

2

)vßng(,.,

d

hhW

n

gl 2103

1122105

1


SV: TBĐ Trg. 47

Nhận xét: tổng chiều dày chiếm chỗ của các cuộn dây trong cửa sổ: 2Bd = 14,5.2=29 mm và nhỏ hơn c= 30,6 cm đã tính toán là chấp nhận được đối với làm mát và cách điện

4.8. Khối lượng sắt.

MFe = VFe.mFe (kg)

Trong đó: VFe - thể tích khối sắt [dm3];

VFe = (H.C – 2.Qcs ).b

= (1,896.1,874 – 2.0,32244).0,4208 = 1,223[dm3]

mFe = 7,85 kg/dm3

vậy MFe = VFe.mFe = 1,223.7,85 = 9,6 (kg)

4.9. Khối lượng đồng.

MCu = VCu.mCu (kg)

Với: VCu = SCu.l - thể tích khối đồng của các cuộn dây[dm3];

SCu - tiết diện dây dẫn [dm2];

l = W.Dtb - tổng chiều dài của các dây dẫn [dm];

mCu = 8,9kg/dm3

Dtb= (Dt + Dn)/2 - Chu vi trung bình của cuộn dây Trong đó: Dt,Dn - chu vi trong và ngoài của cuộn dây.

Khối lượng đồng quận thứ cấp

Chu vi trong của cuộn dây thứ cấp được tính:

D2 = DFe + 2cd2 = 4.(0,4208 + 0,005)=1,7032 (dm)

DFe - chu vi trụ sắt;

cd2 - cách điện trong cùng với lõi.

Chu vi ngoài của cuộn dây thứ cấp được tính gần đúng:

Dn2 = D2 + 4.(d + cd).sld= 1,7032 + 4.0,015.4 = 1,9132 (dm)

Vậy chu vi trung bình cuộn dây thứ cấp trên 1 trụ:


SV: TBĐ Trg. 48

D2tb = (D2 + D n2)/2 = (1,7032 + 1,9132) /2 = 1,808 (dm)

Chiều dài dây quấn thứ cấp l = W. Dtb = 253. 1,808 = 457,42 (dm) lấy = 470 (dm) để dự phòng cho các đầu dẫn đấu nối ra ngoài

Vậy thể tích khối đồng của cuộn dây thứ cấp là VCu = SCu.l =470.0,00014 = 0,0658 (dm3)

Vậy khối lượng đồng quận thứ cấp sẽ là:

MCu2 = VCu2.mCu = 0,0658x 8,9 = 0,586 (kg)

Tổng khối lượng đồng các quận thứ cấp sẽ là:

3. MCu2 = 3.0,586 = 1,76 (kg)

Khối lượng đồng quận sơ cấp

Chu vi ngoài của cuộn dây sơ cấp (chính là chu vi ngoài của búi ống dây trên 1 trụ) được tính gần đúng:

Dn1 = Dn2 + 4.(d + cd).sld= 1,9132 + 4.0,01.6 = 2,1532 (dm)

Vậy chu vi trung bình quận dây sơ cấp sẽ là Dtb1= (Dn2 + D n1)/2 =(1,9132 + 2,1532)/2 = 2,0332 (dm)

Chiều dài dây quấn sơ cấp sẽ là l = W.Dtb =599. 2,0332=1217(dm) lấy = 1230 (dm) để dự phòng cho các đầu dẫn đấu nối ra ngoài

Vậy thể tích khối đồng của cuộn dây thứ cấp là VCu = SCu.l =1230.0,000052=0,06396 (dm3)

Tổng khối lượng đồng các quận sơ cấp sẽ là:

MCu1.3 = VCu1.mCu.3 = 0,06396.8,9.3=1,71 (kg) 4.10. Tính tổng sụt áp bên trong biến áp.

Điện áp rơi trên điện trở:


SV: TBĐ Trg. 49

dr IWW

RRU

2

1

212

Trong đó:

R1, R2 - điện trở thuần của các cuộn dây sơ và thứ cấp được tính: R = .l/S

Với: = 0,0000172 mm - điện trở suất của đồng; l, S - chiều dài và tiết diện của dây dẫn [mm, mm2]; Id - dòng điện tải một chiều [A].

điện trở thuần của cuộn dây sơ cấp R1=1,72.10-5.123000/0,52 = 4,068

điện trở thuần của cuộn dây thứ cấp R2=1,72.10-5.47000.1,4=1,13

Vậy Sụt áp rơi trên điện trở là

Điện áp rơi trên điện kháng: Ux = mf. X.Id/ Trong đó: mf - số pha biến áp

Với: = 314 rad.

Vậy Ux = mf. X.Id/=3.0,153.6/=2,996 = 0,876(V) 4.11. Điện trở ngắn mạch máy biến áp

4.12. Tổng trở ngắn mạch máy biến áp:

4.13. Điện áp ngắn mạch phần trăm của máy biến áp:

)(,...

.,

,X n

153010314

3006400066000050

105200210402538 722

9610684

559253131

2

1

2

1

22 ,,.,r*

w

wrrnm

9711530961 2222 ,,,xrz nmnmnm

)V(,,,U r 8116599253068413171

2

722

2 103

218

BdBd

cdh

RWX bk

n


SV: TBĐ Trg. 50

4.14. Dòng điện ngắn mạch máy biến áp:

5. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực

5.1. Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ:

Hình 3.7 - Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ

5.2. Bảo vệ quá nhiệt độ cho van bán dẫn

Khi làm việc với dòng điện chạy qua tên van có sụt áp, do đó có tổn hao công suất P, tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác van bán dẫn chỉ được cho phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép Tcp nào đó, nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng . Để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý. Tuy nhiên ở thiết kế chế tạo của nhà sản xuất van cho phép, với việc chọn hệ số Ki = 10, và tổn thất công suất tính toán trên 1 van

P = U.Ilv = 1,65*3,464 = 5,7(W), là rất nhỏ

)A(,,z

UI

nm

dmnm 7650

9711002

%,,,.

U

zIU

dm

nmdmnm 8111180

1009716100

20

0

A

B

C

F

T2 T1

T3

r

c c c

r r Ukt


SV: TBĐ Trg. 51

và Ilv = 3,43 (A) <10% Iđm của van nên không cần dùng cánh tản nhiệt

5.3. Bảo vệ quá điện áp cho van:

Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt các van được thực hiện bằng cách mắc R- C song song với các van. Khi có sự chuyển mạch, các điện tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện trong khoảng thời gian ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điên cảm làm cho quá điện áp giữa Anod và Catod của van. Khi có mạch R – C mắc song song với van tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên các van không bị quá điện áp

R C

T Hình 3.8 - Mạch bảo vệ quá điện áp cho van.

Theo kinh nghiệm R = (5 – 30) ; C = (0,25 –4)F

Chương 4 - Tính toán các thông số của mạch điều khiển

1. Nguyên tắc điều khiển Thyristor. Thyristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dương đặt lên anốt và có xung áp dương đặt lên cực điều khiển. Sau khi Thyristor đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng gì nữa, dòng chảy qua Thyristor do các thông số của mạch động lực quyết định. Để tạo ra các xung điều khiển mở Thyristor người ta thiết kế ra mạch điều khiển. Mạch điều khiển có chức năng sau :


SV: TBĐ Trg. 52

Điều chỉnh vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên anốt - catốt Thyristor. Tạo được các xung đủ điều kiện mở được Thyristor ( ở đây xung điều khiển có biên độ 5V, độ rộng xung 125s, dòng xung điều khiển 300 mA). Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển: thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng “arccos” để thực hiện việc điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên Thyristor. 1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”

Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp :

Điện áp đồng bộ uR vượt trước điện áp Anode - Cathode

Thyristor một góc 2RE (nếu uAK = Asint thì uR = Bcost ).

Điện áp điều khiển uĐK là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ theo hai hướng (dương và âm).

Tổng đại số uR + uĐK được đưa đến đầu vào của khâu so sánh. Khi uR + uĐK = 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khâu so sánh.

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” được sử dụng khi thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao.

2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính.

Udf

UrcUdk

Ud

Xdk

t

t

t


SV: TBĐ Trg. 53

Theo nguyên tắc này, người ta cũng dùng hai điện áp :

Điện áp đồng bộ uRC, có dạng răng cưa, đồng bộ với điện áp trên

Anode - Cathode Thyristor. Điện áp điều khiển uĐK, là điện áp một chiều có thể điều chỉnh

được biên độ. Tổng đại số của uRC + uĐK được đưa đến đầu vào của một khâu so sánh.

Như vậy bằng cách làm biến đổi uĐK người ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra, tức là điều chỉnh được góc .

2. Chọn các khâu trong mạch điều khiển. 1. Sơ đồ khâu đồng pha dùng bộ khuếch đại thuật toán :

Đồng pha So sánh Tạo xung

Hình 4.2 - Sơ đồ khối mạch điều khiển


SV: TBĐ Trg. 54

r1

uat

ba

a

oa1

r3

urc

b

d r2

oa2

r4 tr

c

Hình 4.3 - Sơ đồ khâu đồng pha dùng bộ khuếch đại thuật toán.

t

t

t

U A

U B

U dk U rc Hình 4.4 - Đường cong điện áp

Dạng xung đầu ra khâu đồng pha dùng KĐTT. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ : biến áp điều khiển được đấu ngược cực tính như hình vẽ. Khi điện áp UAT dương thì bên thứ cấp máy biến áp có điện áp âm UA và ngược lại. Điện áp này qua đầu vào đảo của khuếch đại thuật toán OA1 cho ta điện áp UB có hình dạng chữ nhật đối xứng. Khi UA âm thì biên độ của điện áp tại B là UB = +Umax , Diode D mở sẽ dẫn dòng qua điện trở R2 và biến trở R3. Khi đó Transistor có điện áp đặt trên cực bazơ có giá trị dương nên Transistor khoá và tụ C bắt đầu nạp. Các điện trở R2 , R3 và tụ C hợp lại thành một bộ tích phân cho ra điện áp răng cưa trong một nửa bán kỳ dương của điện áp UAT. Khi UAT âm thì điện áp tại A là UA có giá trị dương qua OA1 cho ta điện áp tại điểm B có biên độ UB = -Umax . Diode D khóa và Transistor TR mở làm ngắn mạch hai đầu của khuếch đại thuật toán OA2, điện áp ở đầu ra của OA2 là bằng 0, khi đó Transistor mở và tụ C phóng điện qua Transistor.

2. Bộ so sánh dùng khuếch đại thuật toán :


SV: TBĐ Trg. 55

u ®k

u rc r 1

r 2 oa

u ra

Hình 4.5 - Sơ đồ so sánh dùng KĐTT .

Sơ đồ so sánh dùng khuếch đại thuật toán với hai tín hiệu vào URC và UĐK trái dấu nhau được đưa tới đầu vào không đảo của khuếch đại thuật toán. Đầu ra xẽ đảo trạng thái khi hai tín hiệu đầu vào bằng nhau.

o

o

u

urc

t

u®k

t

Hình 4.6 - Dạng xung đầu ra khâu so sánh.

3. Chọn khâu khuếch đại tạo xung.

Khâu khuếch đại và tạo xung có nhiệm vụ tạo ra xung điều khiển phù hợp để mở Thyristor, do đó phải đáp ứng được các yêu cầu sau :

Xung phải đủ độ rộng . Công suất của xung phải đủ lớn. Sườn trước của xung phải có độ dốc thẳng đứng để đảm bảo thời

gian tác động. Đảm bảo cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực.


SV: TBĐ Trg. 56

ruvv

C2

D3

+e

bax

dt

tt

R6

Hình 4.7 - Sơ đồ tầng KĐTT mắc theo kiểu Darlington

Trong sơ đồ này dùng hai Transistor TR1 và TR2 mắc theo sơ đồ Darlington (hình 47). Thông thường người ta dùng van ngược ở tầng khuếch đại bởi vì loại này có dòng điện rò nhỏ hơn so với van thuận. Mạch vi phân trên sơ đồ có nhiệm vụ hạn chế độ rộng xung điều khiển , đảm bảo cho Transistor không bị đốt nóng trong thời gian quá lâu. Do diện tích cánh tản nhiệt của Transistor và kích thước dây sơ cấp của biến áp xung được giảm đi một cách đáng kể. Trong sơ đồ này Transistor chỉ mở cho dòng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp tụ, nên dòng điện hiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần.


SV: TBĐ Trg. 58

Tổng hợp Sơ đồ mạch điều khiển chỉnh lưu với các khâu đã giới thiệu

Hình 4.8 - Mạch điều khiển kích từ dùng chỉnh lưu điều khiên tia 3 pha

D3

U

R1A

A1+

- B

R2

R3D1

Tr1

CA2

-

+

C1

U®k

R5

R4

A3-

+

D

TA

+15V

C2 R

6

D2

D3

U

R1A

A1+

- B

R2

R3D1

Tr1

CA2

-

+

C1 R5

R4

A3-

+

D TB

+15V

C2 R6

D2

T

D3

U

R1A

A1+

- B

R2

R3D1

Tr1

CA2

-

+

C1 R5

R4

A3-

+

D

AT

+15V

C2 R6

D2

T3

T2

R

L

A B C

A

B

C

O

TCT3

T2

T3

T2


SV: TBĐ Trg.

59

Hình 4.9 - Giản đồ các đường cong điện áp một kênh điều khiển

Việc tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên

Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Tiristor. Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển.

Điện áp điều khiển Tiristor : Udk = 3 (V) Dòng điện điều khiển Tiristor : Idk = 0,11 (A) Độ rộng xung điều khiển tx = 167 (s) tương đương 30 điện Tần số xung điều khiển fx = 3 (kHz) Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển : U = ± 12 (V) Mức sụt biên độ xung Sx = 0,15

t

t

t

t

t

t 1 t 3 t 4

U A

U B

U dk U rc

U D

U d

t 5 t 2


SV: TBĐ Trg.

60

3. Tính biến áp xung

Chọn vật liệu làm lõi sắt là Ferit HM. Lõi có dạng hình xuyến, làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá có : B = 0,3 (T) ; H = 30 (A/m) không có khe hở không khí.

Tỷ số biến áp xung : thường m = 2 - 3, chọn m = 3 Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung : U2 = Uđk = 3 (V) Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp máy biến áp xung :

U1 = m.U2 = 3*3 = 9 (V) Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung : I2 = Iđk = 0,11(A) Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung :

037031102

1 ,,

m

II (A)

Độ từ thẩm trung bình của lõi sắt :

3

6

0

tb 10.830*10.25,1

3,0

H

B

Trong đó : 0 = 1,25.10-6 (H/m) là độ từ thẩm của không khí.

Thể tích lõi thép cần có :

2

11xxotb

B

I.U.S.t.=l.Q=V

Δµµ

6

2

663

10927030

037091501016710251108

.,,

,..,....,..V (m3)

V = 0,927 (cm3) Chọn mạch từ có thể tích V = 1,4 (cm3). Với thể tích đó ta có các

kích thước mạch từ như sau: a = 4,5 (mm) b = 6 (mm) Q = 0,27 (cm2) = 27 (mm2) d = 12 (mm) D = 21 (mm)

Chiều dài trung bình mạch từ : l = 5,2 (cm) Như vậy ta có hình dạng mạch từ của máy biến áp xung :


SV: TBĐ Trg.

61

a

b

d D

Hình 4.10 - Mạch từ của máy biến áp xung

Số vòng dây sơ cấp biến áp xung : Theo định luật cảm ứng điện từ :

x

111 t

BΔQw=

dt

dB.Q.w=U

186102730101679

6

61

1

.*,.*

Q.B

tUw x (vòng)

Số vòng đây thứ cấp :

623

18612

m

ww (vòng)

Tiết diện dây quấn sơ cấp :

0062060370

1

11 .

.J

IS (mm2)

Chọn mật độ dòng điện J1 = 6 (A/mm2) Đường kính dây quấn sơ cấp :

085014306204

Π4 1

1 ,,,*S.

d (mm2)

Chọn d1 = 0,1 (mm2) nếu kể cả cách điện d1cd = 0,13 (mm2) Tiết diện dây quấn thứ cấp :

027504110

2

22 .

.J

IS (mm2)


SV: TBĐ Trg.

62

Chọn mật độ dòng điện J1 = 4 (A/mm2) Đường kính dây quấn thứ cấp :

1870143027504

Π4 2

2 ,,,*S.

d (mm2)

Chọn d2 = 0,19 (mm2) nếu kể cả cách điện d2cd = 0,22 (mm2)

Kiểm tra hệ số lấp đầy:

d

wdwd

4/d

wSwSK 2

2

21

2

1

2

2211ld

Π

043,012

62*22,0186*13,0K

2

22

ld

4. Tính tầng khuếch đại cuối cùng

D2

R6Tr3

D3

Tr2

+ E

BAXD4

T

C2

Hình 4.11 - Sơ đồ tầng khuếch đại cuối cùng

Chọn Tranzitor công suất loại Tr3 loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung có các thông số :

Tranzitor loại npn, vật liệu bán dẫn là Si Điện áp giữa Colecto và Bazơ khi hở mạch Emito : UCB0 = 40

(V)


SV: TBĐ Trg.

63

Điện áp giữa Emito và Bazơ khi hở mạch Colecto : UEB0 = 4 (V) Dòng điện lớn nhất ở Colecto có thể chịu: Icmax = 500 (mA) Công suất tiêu tán ở Colecto : Pc = 1,7 (W) Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp : T1 = 1750C Hệ số khuếch đại : = 50 Dòng điện làm việc của Colecto : Ic3 = I1 = 36,7 (mA)

Dòng điện làm việc của Bazơ : 734050

736β

33 ,

,II C

B (mA)

Ta thấy rằng với loại Tiristor đã chọn có công suất điều khiển khá bé : Uđk = 3 (V) : Iđk = 0,11 (A) nên dòng Colecto – Bazơ của Tranzito Ir3 khá bé, trong trường hợp này ta có thể không cần Tranzito Ir2 mà vẫn có đủ công suất điều khiển Tranzito.

Chọn nguồn cấp cho biến áp xung : E = +12 (V) . Với nguồn E = 12 (V) ta phải mắc thêm điện trở R10 nối tiếp với cực Emito của IE3

8210736

9123

110

.,IUE

R ()

Tất cả cá Diod trong mạch điều khiển đều dùng loại 1N4009 có các tham số :

Dòng điện định mức : Iđm = 10 (mA) Điện áp ngược lớn nhất : UN = 25 (V) Điện áp để cho Diod mở thông : Um = 1 (V)

5. Chọn tụ C2 và R6

Điện trở R6 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazơ của Tranzito

T3 chọn R6 thoả mãn điều kiện :

131610734054

33

6 ,.,,

IU

RB

(K)

Chọn R6 = 6,2 (K)


SV: TBĐ Trg.

64

Chọn C2R6 > tx = 167(s). Suy ra 9

2 R

tC x

02701026

16732 ,

.,C (F)

Chọn C2 = 0,03(F)

6. Tính chọn tầng so sánh

R 4

A 3

R 5

Hình 4.12 - Tầng so sánh

Khuếch đại thuật toán đã chọn R4 = R5 > 1210112

3 .I

U

v

v (K)

Trong đó, nếu nguồn nuôi Vcc = ± 12 (V) thì điện áp vào A3 là Uv 12 (V) Dòng điện vào được hạn chế để Ilv < 1 (mA) Do đó ta chọn R4 = R5 = 15 (K) khi đó dòng vào A3 :

80101512

3 ,.

I maxv

(mA)

7. Tính chọn khâu đồng pha

Điện áp tựa được hình thành do sự nạp của tụ C1, mặt khác để đảm bảo điện áp tựa có trong 1 nửa chu kỳ điện áp lưới là tuyến tính thì hằng số thời gian tụ nạp được chọn T1 = R3C1 = 0,01 (s)


SV: TBĐ Trg.

65

Chọn C1 = 0,1 (F) thì điện trở 61

13 1010

010

.,,

C

TR

Vậy R3 = 100.103 () = 100 (K)

Hình 4.13 - Sơ đồ khâu đồng pha

Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp giáp mạch R3 thường được chọn là biến trở lớn hơn 50 (K). chọn Tranzito Tr1 loại A564 có các thông số :

Tranzito loại pnp làm bằng Si Điện áp giữa Colecto và Bazơ khi hở mạch Emito : UCB0 = 25

(V) Điện áp giữa Emito và Bazơ khi hở mạch Colecto : UBE0 = 7 (V) Dòng điện lớn nhất ở Colecto có thể chịu đựng : Icmax = 100(mA) Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp : Tcp = 1500C Hệ số khuếch đại : = 250

Dòng điện cực đại của Bazơ : 40250100

β3 ,I

I cB (A)

Điện trở R2 để hạn chế dòng điện đi vào Bazơ Tranzito TB1 được chọn như sau:

Chọn R2 sao cho 301040

123

12

.,I

UR

B

maxN (K)

Chọn R2 = 30 (K)

1

R 1 D 1

R 2 Tr 1

A 2

C 1

R 3


SV: TBĐ Trg.

66

Chọn điện áp xoay chiều đồng pha : UA = 9 (V) Điện trở R1 để hạn chế dòng điện đi vào khuếch đại thuật toán A1 thường chọn sao cho dòng vào khuếch đại thuật toán IV < 1 (mA) . Do đó

331 109

1019

..I

UR

V

A

()

Chọn R1 = 10 (K)

8. Tạo nguồn nuôi Ta cần tạo ra nguồn điện áp ± 12 (V) để cấp cho biến áp xung, nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng điện

C4470F

C6470F

7812

7912

A

C

a

b

c

a

b

c

+ 12

- 12

0

C4470F

C6470F

Hình 4.14 - Sơ đồ mạch tạo nguồn

Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha dùng Diod, điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi :

15342

122 ,

,U (V)

Ta có: U2= 9 (V)


SV: TBĐ Trg.

67

Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng 2 vi mạch ổn áp 7812 và 7912 các thông số chung của vi mạch này :

- Điện áp đầu vào : Uv = 0 35 (V) - Điện áp đầu ra :

Ura = 12 (V) với IC 7812 Ura = -12 (V) với IC 7912

- Dòng điện đầu ra : Ira = 0 1 (A) - Tụ điện C4, C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao - Chọn C4 = C5 = C6 = C7 = 470 (F) ; U = 35 (V)

9. Tính chọn Diod cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi

Dòng điện hiệu dụng qua Diod :

0502

073022 ,

,II HD.D (A)

Điện áp ngược lớn nhất mà Diod phải chịu UN.Max = 6 .U2 = 6 .9 = 22 (V)

Chọn Diod có dòng điện định mức: Iđm Ki.ID = 10*0,05 = 0,5 (A)

Chọn Diod có điện áp ngược lớn nhất : UN = kU .UNmax = 2*22 = 44 (V)

Chọn Diod loại K208A có các thông số : Dòng điện định mức : Iđm = 1,5 (A) Điện áp ngược lớn cực đại của Diod : UN = 100 (V)

10. Tính khâu phản hồi điện áp


SV: TBĐ Trg.

68

R

Hình 4.15 - Sơ đồ khâu phản hồi điện áp

1) Chọn Diod chỉnh lưu là loại K208A có các thông số :

Dòng điện định mức : Iđm = 1,5 (A) Điện áp ngược lớn cực đại của Diod : UN = 100 (V)

2) Tính điện áp điều khiển ở tải định mức

Ta có điện áp : UR = kuU2f = 2,34*9 = 21,1(V)

UrcUdk

t2

Hình 4.16

Theo sơ đồ chỉnh lưu ta có: cosUU 0DKT

uD kUU 20 (Ku : Hệ số chỉnh lưu Ku = 263 )

UKT = U2kucos

cos = 8550

263100

100

2

,kU

U

u

KT

Vậy = arcos0,855 = 31,30


SV: TBĐ Trg.

69

Tính điện áp điều khiển ở tải định mức : Theo đồ thị ta có :

180U

U

rc

dk

Trong đó: Urc = 12(V)

12180

331180

,UU rcdk

= 2,09 (V)

Như vậy để thuận tiện cho việc điều chỉnh điện áp ta chọn R là loại biến trở R = 1(K)

Hình 4.17 – Sơ đồ tạo điện áp điều khiển cho chỉnh lưu điều khiển

A

BC

UĐK Uđặt

Uph

+ +

- _


SV: TBĐ Trg.

70

Kết luận

Hệ thống máy phát kích từ lựa chọn là một hệ thống không dùng chổi than vành trượt và như đã được mô tả ở Chương 2, đây là một hệ thống đơn giản hơn về chế tạo so với các hệ thống máy phát kích từ khác. Nổi bật nhất là Rô-to máy phát chính và phần ứng (Stator) của máy phát kích từ được chế tạo trên cùng một trục và quay theo tốc độ của động cơ kéo Diesel và dòng áp kích từ cảm ứng ra trong máy phát kích thích được đưa ngay vào cuộn kích từ của máy phát thông qua bộ chỉnh lưu Diot gắn trên cùng trục Rôto. Để cung cấp dòng điện một chiều vào máy phát kích thích (đặt ở stato), nguồn cung cấp của nó có thể dùng nguồn điện một chiều bằng Ac-qui hoặc một nguồn xoay chiều khác bất kỳ thông qua chỉnh lưu có điều khiển và đây chính là nguồn chỉnh lưu có điều khiển mà đồ án được thiết kế và tính toán. Việc loại bỏ vành trượt không những làm cho máy phát ổn định hơn mà còn làm giảm đi các chi phí vận hành của thiết và làm tăng tuổi thọ cho máy. Tác động của hệ thống tự động điều chỉnh kích từ được đặt trực tiếp vào cửa điều khiển của bộ chỉnh lưu, làm thay đổi dòng kích từ của máy phát điện kích thích, tương ứng với mục đích điều chỉnh điện áp phát ra của máy phát. Như vậy hoàn toàn không có vành trượt đưa điện vào roto công xuất chế tạo không bị hạn chế, ngoài ra do nối trực tiếp hằng số thời gian là rất nhỏ (0,1 – 0,15s). Với công nghệ chế tạo van bán dẫn ngày càng hiện đại hơn cộng với sự hợp tác đắc lực của điện tử số, các hệ thống điều khiển kích từ ngày nay có chất lượng điều khiển rất cao và được điều khiển thông minh hơn. Việc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước ta như hôm nay là có sự đóng góp quan trọng và không thể thiếu của các thiết bị điều khiển điện tử công suất.


SV: TBĐ Trg.

71

Lời kết

Là một sinh viên, nên đồ án thiết kế của em sẽ không tránh khỏi những sai sót. Và em mong các sai sót đó sẽ nhận được sự góp ý, dạy bảo và cảm thông của các Thầy Cô và Nhà trường để đồ án được hoàn thiện hơn mà cũng là củng cố thêm kiến thức cho cá nhân em trong công việc sau này. Em xin chân thành Cảm ơn các Thầy Cô và Nhà Trường


SV: TBĐ Trg.

72

Tài liệu tham khảo 1. Tài liệu hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất.

TG. Trần Văn Thịnh 2. Điện tử Công suất

TG. Nguyễn Bính 3. Điện tử Công suất và điều khiển động cơ điện

TG. Cyril W. Lander 4. Phân tích & Điều khiển ổn định Hệ thống điện

TG. Lã Văn Út 5. Giáo trình Máy điện - tập 1 & 2

TG. Vũ Gia Hanh (Chủ Biên) 6. Power System Stability & Control

TG. Prabha Kundur 7. Thiết kế máy biến áp điện lực

TG. Phan Tử Thụ 8. Cẩm nang thực hành vi mạch tuyến tính

TG. Huỳnh Đắc Thắng

on ap may phat avr - mayphatdien-vn.com ap may phat _ avr2_.pdf · máy phát điện đồng bộ...

Documents