Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt máy thủy điện công suất 6MW của nhà máy thủy điện đaksrông

Trước tình hình đó Công ty cổ phần Chế tạo Điện cơ Hà nội HEM đã chọn đề tài nghiên cứu khoa học về lĩnh vực thiết kế và chế tạo máy phát thuỷ điện vừa và nhỏ, vì HEM nhận thấy tiềm năng

Mục lục Trang

Danh mục các bảng 7

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 8

MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KỸ THUẬT, YÊU CẦU KỸ

THUẬT CỦA SẢN PHẨM MẪU

21

1.2 Xác định thông số kỹ thuật để tính toán và kiểm chứng 22

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÁY PHÁT THUỶ ĐIỆN CÔNG SUẤT ĐẾN

6MW

27

2.1.1 Lựa chọn phương pháp tính toán thiết kế điện từ 28

2.2 Nghiên cứu tính toán, thiết kế cụm lõi tôn stato 33

2.2.1 Mục đích và yêu cầu 33

2.2.2 Xác định kích thước lá tôn và lõi tôn stato 34

2.2.3 Kết quả nghiên cứu 42

2.3 Nghiên cứu tính toán, thiết kế bộ dây stato 45

2.3.1 Mục đích và yêu cầu 45

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu 46

2.3.3 Kết quả nghiên cứu 48

2.4 Nghiên cứu, tính toán thiết kế thân máy phát 53

2.4.1 Mục đích và yêu cầu 53

2.4.3 Nội dung tính toán 53

2.5 Nghiên cứu tính toán, thiết kế cụm lõi tôn rôto 60

2.5.1 Mục đích và yêu cầu 60 2.5.2 Xác định kích thước lõi tôn rôto 61

2.5.3 Xác định kết cấu giữ lõi tôn rôto 63

2.5.4 Tính toán thiết kế lá tôn cực từ 65

2.6 Nghiên cứu tính toán, thiết kế bộ dây rôto 69

2.6.1 Mục đích và yêu cầu 69 2.6.2 Tính toán thiết kế bộ dây kích thích 69

2.6.3 Lựa chọn kích thước hệ thống chống rung 75

2.6.4 Kết quả nghiên cứu 77 2.7 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế trục máy phát 78

2.7.1 Mục đích và yêu cầu 78 2.7.2 Tính toán trục máy phát

2.8 Nghiên cứu tính toán thiết kế bạc rôto 81

2.9 Lập trình phần mềm tính toán thiết kế điện từ 83

2.9.1 Mục đích và yêu cầu 83 2.9.2 Giới thiệu chung về phần mềm tính toán máy phát thuỷ điện-

MFD6 1.0

84

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN CÔNG SUẤT 6MW 87

3.1 Mục đích và yêu cầu 87 3.2 Giới thiệu bộ bản vẽ thiết kế 87

3.3 Đặc điểm và kết cấu của các cụm chi tiết của MFTĐ 88

3.3.2 Roto 90

3.3.3 Trục 92 3.3.4 Ổ trục 92

3.3.7 Giàn sấy 97 3.3.8 Cáp điện và cáp điều khiển 97

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY PHÁT

THUỶ ĐIỆN CÔNG SUẤT ĐẾN 6MW

98

4.1 Mục đích và yêu cầu 98

4.2 Nghiên cứu công nghệ 98

4.3 Phương pháp nghiên cứu công nghệ 100

4.4 Nghiên cứu vật tư sử dụng 103

4.5.1 Công nghệ chế tạo cụm stato 104

4.5.1.1 Công nghệ chế tao lõi tôn stato 104 4.5.1.2 Công nghệ chế tạo bộ dây stato 108

4.5.2.6 Công nghệ chế tạo cuộn dây cực từ 119 4.5.2.7 Lắp cực từ 121 4.5.3 Cân bằng động roto trục 122

4.5.4 Thân ổ đỡ 124 4.5.5 Công nghệ chế tạo ổ đỡ trên 125

4.5.6 Công nghệ chế tạo ổ đỡ dưới 128

4.5.7 Thùng dầu và hệ thống làm mát dầu 129

4.5.8 Lắp ráp máy phát thủy điện 130

4.6 Đánh giá về nghiên cứu công nghệ 135

CHƯƠNG 5 CHẾ TẠO SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI_MÁY PHÁT

THUỶ ĐIỆN 6MW-600vg/ph-6,3kV

137

5.1 Mục đích và yêu cầu 137

5.2 Quá trình chế tạo 137 5.3 Chuẩn bị các điều kiện kỹ thuật để chế tạo sản phẩm 138

5.3.1 Điều kiện kỹ thuật để sản xuất 138

5.3.2 Các khuôn gá được chế tạo 138

5.4 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ để chế tạo sản phẩm 139

5.5 Giá trị sử dụng bộ các quy trình công nghệ 140

CHƯƠNG 6 THỬ NGHIỆM MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN

6MW-600vg/ph-6kV

142

6.2 Giới thiệu quá trình thử nghiệm máy phát thuỷ điện 6MW 145

6.2.1 Kiểm tra ngoại quan và kích thước lắp đặt 146

6.2.2 Thử tĩnh 146 6.2.2.1 Đo điện trở cách điện 146

6.2.2.2 Đo điện trở 1 chiều 147 6.2.2.3 Kiểm tra các sen sơ đo nhiệt độ 148

6.2.2.5 Kiểm tra cách điện vòng cuộn dây kích thích 150 6.2.2.6 Kiểm tra cực tính với các cực từ 150 6.2.2.7 Dòng điện trục và cách điện ổ đỡ 151

6.2.3 Thử nghiệm không tải 152

6.2.4 Thử chạy tải và xác định các thông số kỹ thuật của MFTĐ 154

6.3 Đánh giá chất lượng chế tạo sản phẩm mẫu máy phát

6MW-600vg/ph-6,3kV

158

CHƯƠNG 7 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÍCH THÍCH,

BẢO VỆ ĐỒNG BỘ VỚI MÁY PHÁT 6MW

160

7.1 Nghiên cứu tính toán, thiết kế mạch chỉnh lưu cầu Thyristor 160

7.2 Nghiên cứu tính toán thiết bị điều chỉnh điện áp 166

7.3 Nghiên cứu tính toán, thiết kế mạch điều khiển 171

CHƯƠNG 8 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 176

8.1 Các kết quả khoa học công nghệ đã đạt được 176

8.2 Khả năng ứng dụng các kết quả nghiên cứu của đề tài 179

Phụ lục 3 Kích thước lắp đặt máy phát

Phụ lục 4 Đặc tính vận hành máy phát thủy điện 6MW

Phụ lục 5 Kết quả thử nghiệm tổ máy phát H1 do Trung Quốc chế tạo Phụ lục 6 Kết quả thử nghiệm tổ máy phát H2 do Trung Quốc chế tạo Phụ lục 7 Kết quả thử nghiệm tổ máy phát H3 do Việt Nam chế tạo

Danh mục các bảng

Mục lục Trang

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật và kích thước lắp đặt của máy phát 22

Bảng 1.2 Giới hạn tăng nhiẹt độ cho phép của máy phát 25

Bảng 2.3 Thông số kích thước cơ bản lõi tôn stato MFTĐ 6MW 42

Bảng 2.4 Thông số kích thước cơ bản dây quấn stato MFTĐ 6MW 48

Bảng 2.5 Thông số kích thước cơ bản rôto MFTĐ 6MW 77

Bảng 3.6 Một số kích thước và thông số dây quấn chính của Stato 90

Bảng 3.7 Một số kích thước chính của cực từ 92

Bảng 6.8 Danh mục các thiết bị thử nghiệm 144

Bảng 6.9 Thông số thử không tải 153

Bảng 6.11 Thông số MFTĐ 6MW do Trung Quốc chế tạo 157

Bảng 6.12 Bảng so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật của MFTĐ

6MW-600vg/ph-6,3kV

159

Danh mục hình vẽ, đồ thị

Mục lục Trang

Hình 2.1 Lõi tôn stato với các rãnh thông gió ngang trục 37

Hình 2.2 Đặt lá tôn trên lá tôn kỹ thuật điện tiêu chuẩn 39

Hình 2.4 Hình dáng và kích thước rãnh stato 44

Hình 2.5 Lá tôn stato sau khi xếp các secmăng 45

Hình 2.6 Sơ đồ không gian bố trí đầu dây ra 49

Hình 2.7 Sơ đồ không gian bố trí đầu nối đỡ dây 50

Hình 2.8 Sơ đồ trải bộ dây stato cho 1 pha U 50

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí senso đo nhiệt độ bộ dây stato 51

Hình 2.10 Bộ dây stato với hệ thống vòi phun nước chữa cháy 52

Hình 2.11 Khoảng cách 2 vành đỡ lõi thép trên thân 54

Hình 2.12 Khoảng cách từ lõi tôn đến hai mặt thân 55

Hình 2.13 Khoảng cách đầu dây đấu 55

Hình 2.15 Đường kính mép phễu hướng gió 57

Hình 2.16 Đường kính mặt bích đỡ trên lõi tôn 58

Hình 2.18 Đường kính tâm gudong vành đỡ dây 59

Hình 2.19 Đường kính trong vành ép lõi tôn 60

Hình 2.20 Một số kích thước chính lõi tôn cực từ 62

Hình 2.23 Cực từ rôto sau khi xếp ép 68

Hình 2.24 Mặt cắt ngang của dây quấn có profin đặc biệt 70

Hình 2.25 Tiết diện dây quấn cực từ 71

Hình 2.26 Xác định hệ số dẫn nhiệt của cuộn dây kích thích 72

Hình 2.32 Bạc rôto dạng liền khối 81

Hình 2.33 Kết cấu bạc rôto dạng nan hoa 82

Hình 2.34 Bản vẽ định vị bạc rôto trên trục 83

Hình 4.35 Kết cấu lá tôn secmăng 105

Hình 4.38 Lõi bạc cực từ 112

Hình 4.40 Lõi tôn cực từ 115 Hình 4.41 Tấm ép cực từ 116 Hình 4.42 Cuộn dây cực từ sau khi định hình 120

Hình 4.43 Băng cách điện cuộn dây cực từ 121

Hình 4.44 Đấu nối cực từ 122 Hình 4.45 Gối đỡ cân bằng động rôto trục máy phát 123

Hình 4.47 Sec măng ổ đỡ 127 Hình 4.48 Kết cấu ổ dưới 128

Hình 7.50 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu 3 pha sử dụng Thyristor 161

Hình 7.51 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 3 pha dùng Thyristor 165

Hình 7.52 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện áp tự động AVR 170

Hình 7.53 Sơ đồ mạch đếm 170 Hình 7.54 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 3 pha sử dụng các Thyristor làm

nhiệm vụ chỉnh lưu và các thiết bị bảo vệ đi kèm

173

MỞ ĐẦU

Hoạt động của mọi quốc gia, nền kinh tế và con người gắn liền với nhu cầu tiêu thụ năng lượng Nhu cầu về năng lượng của chúng ta càng ngày càng tăng lên theo sự phát triển của dân số, của mức sống, của nền kinh tế đang trên đà phát triển, mức tăng trưởng phụ tải thường xuyên hàng năm là 15-17% Theo Quy hoạch phát triển Điện lực Quốc gia giai đoạn 2006-2015 có xét đến 2025 (Quy hoạch điện 4) yêu cầu nâng tổng công suất các nguồn thuỷ điện nhỏ thêm khoảng 1200MW giai đoạn 2006-2010 và 1250MW giai đoạn 2011-2015 (xem phụ lục 1 và phụ lục 2)

Có nhiều nguồn năng lượng khác nhau, và nhiều cách phân loại nguồn năng lượng theo các tiêu chí khác nhau Dựa trên quan điểm môi trường, năng lượng được phân thành 2 loại chính: năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo Cho tới nay chủ yếu ở nước ta sử dụng năng lượng từ các nguồn không tái tạo như dầu mỏ, than đá Các nguồn năng lượng không tái tạo này đang ngày càng cạn kiệt và căn cứ theo trữ lượng hiện có, thì chỉ đủ phục vụ nhu cầu sản xuất điện trong một vài thập kỷ tới Thậm chí năng lượng điện hạt nhân hiện đang chiếm tỷ lệ lớn tại các nước phát triển cũng đứng trước nguy cơ cạn kiệt dần nguồn nhiên liệu là uranium

Năng lượng tái tạo là năng lượng được tạo ra từ các nguồn thiên nhiên như thủy điện, phong điện, năng lượng mặt trời, năng lượng thuỷ triều, địa nhiệt Các nguồn năng lượng này hầu như là vô tận, không bao giờ cạn kiệt Tuy nhiên việc khai thác các nguồn năng lượng này khó khăn hơn về công nghệ, chi phí lớn nên quy mô khai thác còn hạn chế, đặc biệt là ở các nước đang phát triển và chậm phát triển Cho tới nay năng lượng tái tạo phổ biến nhất vẫn là thuỷ điện, còn năng lượng gió và năng lượng mặt trời mới chỉ ở bước đầu phát triển

Căn cứ vào tình hình thực tế và địa hình của nước ta thì thuỷ điện có khả năng phát triển hơn cả Các con sông ở vùng núi phía bắc và tây nguyên

có độ dốc tương đối lớn từ 800 đến 1000m, rất thuận lợi cho việc khai thác thuỷ điện

Hiện nay nước ta có rất nhiều nhà máy thuỷ điện lớn và nhỏ như: Nhà máy thuỷ điện Hoà bình, Nhà máy thuỷ điện Trị an, Nhà máy thuỷ điện Thác

bà, Đa nhim, Yaly, Tuyên quang, Sông đà Bên cạnh đó còn rất nhiều nhà máy nhiệt điện khác nữa như: Nhiệt điện Phả lại, Phú mỹ, cẩm phả, nhưng vẫn thường xuyên xảy ra tình trạng thiếu hụt điện cho sản xuất và sinh hoạt, nhất là vào các mùa khô Qua đó cho ta thấy nhu cầu sử dụng điện của nước

ta còn chưa được đáp ứng đầy đủ Từ đó cho thấy nhu cầu về tăng sản lượng điện đang được đặt ra rất cấp thiết

Tuy nhiên tất cả các thiết bị của nhà máy thuỷ điện ở Việt Nam đều do nước ngoài chế tạo

Trước tình hình đó Công ty cổ phần Chế tạo Điện cơ Hà nội (HEM) đã chọn đề tài nghiên cứu khoa học về lĩnh vực thiết kế và chế tạo máy phát thuỷ điện vừa và nhỏ, vì HEM nhận thấy tiềm năng phát triển của thuỷ điện, khả năng nghiên cứu và thực hiện đề tài, sự phát triển của HEM và các ngành Công nghiệp Việt nam có thể thực hiện thành công đề tài

Công ty cổ phần Chế tạo Điện cơ Hà nội đã ký hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ với Tổng Công ty cơ điện – Xây dựng Nông

nghiệp và thuỷ lợi với nội dung: " Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt máy phát thuỷ điện công suất 6MW của Nhà máy thuỷ điện Đaksrông" thuộc dự án Khoa học và Công nghệ “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lắp đặt

và vận hành thiết bị thuỷ điện cho Nhà máy thuỷ điện Đaksrông công suất

20 MW”

Mục tiêu của đề tài là:

- Tạo khả năng thiết kế, chế tạo, lắp đặt, thử nghiệm và vận hành sử dụng máy phát thuỷ điện công suất đến 6MW với các thiết bị đồng bộ cho lực lượng cán bộ và công nhân kỹ thuật trong nước

- Chế tạo, lắp đặt, thử nghiệm và vận hành sử dụng 01 tổ máy phát thuỷ điện công suất 6MW cho Nhà máy thuỷ điện Đaksrông

- Phục vụ chương trình nội địa hoá thiết bị trong chiến lược phát triển thuỷ điện của nhà nước đến năm 2010 và 2020, trong đó chỉ tiêu nội địa hoá của đề tài là 60%

- Góp phần cung cấp điện năng thúc đẩy sự phát triển của các ngành liên quan, tạo công ăn việc làm cho xã hội và nâng cao đời sống dân sinh

- Tạo điều kiện chủ động sửa chữa, bảo dưỡng các máy phát thuỷ điện, cung cấp thiết bị thuỷ điện loại vừa và nhỏ dùng cho các công trình trạm thuỷ điện mới xây dựng, và phụ tùng bảo dưỡng, thay thế, sửa chữa cho các trạm đang sử dụng

Nội dung nghiên cứu của đề tài là:

- Nghiên cứu tổng quan về máy phát thuỷ điện (MFTĐ), thu thập các tài liệu, số liệu liên quan đến lĩnh vực MFTĐ

- Nghiên cứu và phân tích, lựa chọn máy phát mẫu của đề tài

- Nghiên cứu tính toán, thiết kế MFTĐ công suất lớn tới 6MW Đây là một trong những nội dung nghiên cứu quan trọng nhất, vì cho tới nay trong nước chưa thiết kế MFTĐ lớn, và chưa có kinh nghiệm trong thiết kế, kể cả MFTĐ nhỏ

- Nghiên cứu xây dựng các quy trình công nghệ (QTCN) chế tạo MFTĐ 6MW là một nội dung nghiên cứu trọng yếu của đề tài, liên quan đến

nghiên cứu tìm hiểu năng lực gia công cơ khí của toàn ngành cơ khí trong nước

- Tiến hành áp dụng các QTCN, chế tạo 01 MFTĐ 6MW cho Nhà máy Thuỷ điện Đaksrông Chế tạo MFTĐ 6MW là nhiệm vụ nặng nề nhất, bao gồm việc chế tạo các khuôn gá, chuẩn bị điều kiện kỹ thuật, chế tạo phôi, gia công chính xác, vận chuyển, lắp đặt các chi tiết, cụm chi tiết lớn siêu trường siêu trọng, sự phối hợp với các đơn vị trong, ngoài nước để chế tạo sản phẩm

- Nghiên cứu xây dựng Quy trình kiểm tra, thử nghiệm sản phẩm của

KC-do máy phát thuỷ điện có kết cấu và công nghệ chế tạo phức tạp

Trên thế giới việc sản xuất máy phát thuỷ điện không phải là một lĩnh vực mới mẻ Tuy nhiên đối với trình độ sản xuất thiết bị điện trong nước thì

đây là vấn đề cần được xem xét, nghiên cứu Theo số liệu thống kê từ năm

2000 đến 2004 cho thấy các công trình thủy điện do tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) làm chủ đầu tư số lượng là 24 công trình, tổng công suất 6000MW Ngoài EVN có 76 dự án với tổng công suất 1840MW Toàn bộ thiết bị thuỷ điện đều nhập ngoại, các MFTĐ công suất đến 6MW chủ yếu là nhập từ Trung Quốc Do vậy để từng bước nội địa hoá các thiết bị máy phát thuỷ điện theo mục tiêu chiến lược của ngành điện thì các nhà khoa học và các doanh nghiệp sản xuất trong nước cần phải đầu tư nghiên cứu và để trong thời gian ngắn có khả năng từng bước chế tạo được các thiết bị cho nhà máy thuỷ điện Do vậy nghiên cứu thiết kế máy phát thuỷ điện là một nhu cầu lớn

và cấp bách của ngành Công nghiệp nước nhà

Nhu cầu sử dụng và ý nghĩa thực tế của đề tài

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế xã hội, nhu cầu sử dụng năng lượng điện của thế giới nói chung và của nước ta nói riêng ngày một tăng cao

Do đó việc xây dựng thêm nhiều các nhà máy phát điện là rất cần thiết Trong

đó thì thuỷ điện vừa và nhỏ chiếm tỷ lệ rất lớn trong kênh đầu tư của Chính phủ về phát triển nguồn năng lượng

Đánh giá về nhu cầu trong nước cho thấy, hiện nay đang có hàng ngàn

dự án công trình thủy điện nhỏ, công suất các tổ máy chủ yếu là dưới 6MW, đang được triển khai ở khắp mọi miền trong nước Cho tới nay toàn bộ MFTĐ cho các công trình này đều được nhập ngoại Tiềm năng thuỷ điện của nước ta còn rất dồi dào, nhu cầu tiêu thụ điện năng cũng ngày càng tăng nhanh Do vậy chắc chắn trong vòng vài chục năm tới nhu cầu thị trường trong nước về MFTĐ còn rất lớn

Nếu đề tài nghiên cứu thành công và khả năng chế tạo MFTĐ trong nước được mở ra, thì trước mắt ta có thể nhắm vào thị trường một số nước

trong khu vực và thị trường các nước thế giới thứ ba, do giá thành chế tạo của

ta sẽ cạnh tranh so với quốc tế

Tại một số tỉnh phía Bắc nước ta như tỉnh Điện biên vừa qua đã phối hợp với Viện năng lượng về khảo sát, quy hoạch các điểm có thể xây dựng, phát triển thuỷ điện vừa và nhỏ trên địa bàn tỉnh Điện biên giai đoạn đến năm

2020 Theo quy hoạch bước đầu, Điện biên có 112 vị trí có thể khai thác, phát triển thuỷ điện vừa và nhỏ với tổng công suất dự kiến trên 500MW

Theo khảo sát đánh giá của Tập đoàn điện lực Việt nam, tỉnh Bắc cạn

có khả năng phát triển thuỷ điện vừa và nhỏ tại 28 vị trí với tổng công suất lắp đặt khoảng 40MW

Tây nguyên cũng là khu vực có tiềm năng thuỷ điện lớn Trong chiến lược định hướng phát triển năng lượng quốc gia đến năm 2020, tầm nhìn

2050 của Bộ Chính trị thì Tây nguyên sẽ trở thành trung tâm thuỷ điện lớn nhất trong cả nước

Trên trang điện tử của EVN có đăng tin Ban Giám đốc Ngân hàng phát triển Châu á (ADB) đã quyết định cho Việt Nam vay 151 triệu USD để xây dựng các nhà máy thuỷ điện nhỏ Theo ADB phạm vi cung cấp điện của Việt Nam đã gia tăng từ 51% số các hộ gia đình năm 1996 lên tới hơn 91% năm

2008 Các khoản đầu tư cho ngành điện, chiếm vào khoảng 3 tỉ USD/năm sẽ vẫn cần thiết trong thập kỷ tới nhằm thực hiện điện khí hoá cả nước

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Ngoài nước:

Năng lượng thuỷ điện bắt đầu được chú ý khai thác sử dụng từ những năm giữa thế kỷ 18, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ, ngành thuỷ điện nói chung và thiết bị thuỷ điện nói riêng đã có nhiều

thay đổi lớn về công nghệ thiết kế, chế tạo, quy trình tháo lắp, vận hành và sử dụng Cho đến nay ngành chế tạo thiết bị thuỷ điện đã đạt trình độ khá hoàn thiện với công suất mỗi tổ máy có thể lên tới hơn 1 triệu kilowatt Đặc biệt, vấn đề điều khiển tự động hoá đã được sử dụng rộng rãi và đạt hiệu quả cao

Ở các nước công nghiệp phát triển thì việc nghiên cứu thiết kế, công nghệ chế tạo máy phát thuỷ điện công suất tới vài chục ngàn kilowatt và các thiết bị điều khiển đồng bộ đã đi vào ổn định Hiện tại họ chỉ còn tập trung vào nghiên cứu áp dụng công nghệ và vật liệu mới để giảm chi phí sản xuất

và nâng cao tính năng, hiện đại hoá sản phẩm Các nước công nghiệp vẫn không ngừng nghiên cứu và cải tiến đang tập trung vào các khâu sau:

+ Khâu thiết kế MFTĐ:

- Sử dụng các phần mềm tính toán thiết kế tiên tiến, tính toán toàn bộ các thông số kỹ thuật về điện từ, tính toán kết cấu, dựng hình không gian ba chiều toàn bộ máy phát, xây dựng các hình ảnh về tập trung ứng lực, ứng suất một cách trực quan, lập phân bố từ trường, phân bố nhiệt ba chiều

- Nghiên cứu cải tiến kết cấu của máy, nghiên cứu sử dụng các vật liệu mới, nhằm giảm trọng lượng máy, nâng cao tính năng, tuổi thọ của máy như: nghiên cứu ứng dụng các vật liệu kết cấu mới như thép trục, thép kỹ thuật điện, vật liệu cách điện Vật liệu cách điện mới cho phép rút giảm chiều dày cách điện, nâng cao độ bền cơ, độ bền điện , từ đó góp phần giảm vật tư và nâng cao tuổi thọ Vật liệu dẫn từ mới cho phép mật độ từ thông cao hơn, giảm suất tổn hao Một hướng nghiên cứu quan trọng là nghiên cứu các phương pháp làm mát MFTĐ, như làm mát máy bằng nước, làm mát bằng khí hóa lỏng, làm mát trực tiếp trong dây quấn có thể giúp giảm kích thước và trọng lượng máy, tăng tuổi thọ một cách đáng kể

+ Khâu công nghệ chế tạo:

- Công nghệ chế tạo nói chung cũng như chế tạo MFTĐ nói riêng thay đổi không ngừng Nghiên cứu để ứng dụng các thiết bị hiện đại, công nghệ mới nhất vào sản xuất đã đem đến những hiệu quả thiết thực cho mọi ngành sản xuất trong đó có cả chế tạo MFTĐ Ứng dụng các công nghệ gia công tia lửa điện, phay chép hình, hàn tự động, tẩm sấy chân không, đúc áp lực v.v

đã góp phần đáng kể cho nhu cầu tăng năng suất lao động, nâng cao và ổn định chất lượng, giảm giá thành sản phẩm

+Khâu điều khiển đo lường và thử nghiệm MFTĐ:

- Nghiên cứu tích hợp các thành tựu của công nghệ điều khiển và vi điện tử, các thiết bị đo hiện đại vào việc theo dõi hoạt động của máy phát, bảo

vệ máy phát

- áp dụng các thiết bị hiện đại trong việc kiểm tra và thử nghiệm MFTĐ: dò siêu âm kiểm tra các mối hàn, thử nghiệm phổ cộng hưởng rôto MFTĐ, phân tích và kiểm tra chất lượng sóng điện phát ra; Dùng phần mềm để mô phỏng hoạt động của MFTĐ không tải và có tải;

Trong nước:

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế đất nước, nhu cầu sử dụng điện năng tăng nhanh, nguy cơ thiếu điện ngày càng trầm trọng Phát triển thuỷ điện là một trong các chương trình mang tính chiến lược của Nhà nước Tiềm năng thuỷ điện của Việt Nam rất lớn, trong giai đoạn 2001-2010, tổng công suất các nhà máy thuỷ điện được xây dựng vào khoảng trên 7.000MW Tuy nhiên cho đến nay, hầu như tất cả các thiết bị lắp cho các nhà máy thuỷ điện quy mô lớn ( Thuỷ điện Hoà Bình, Yaly, Cần Đơn ) cũng như các nhà máy quy mô vừa và nhỏ đều phải nhập khẩu của nước ngoài, chi phí cao Do phải nhập khẩu thiết bị nên không chủ động trong việc cung cấp thiết bị đồng bộ cũng như các phụ tùng thay thế khi sửa chữa, bảo dưỡng máy móc Do vậy,

việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt thiết bị thuỷ điện công suất đến 6MW cho nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ, từng bước nâng cao tỷ lệ nội địa hoá sản phẩm là rất cần thiết và cấp bách

Công ty cổ phần Chế tạo Điện cơ Hà Nội là doanh nghiệp hàng đầu của Việt Nam trong lĩnh vực chế tạo máy điện và thiết bị điện Trong khuôn khổ của đề tài thực hiện năm 2003-2005, Công ty đã nghiên cứu, chế tạo, lắp đặt và thử nghiệm thành công động cơ đồng bộ 500kW-300vg/ph-6,3kV Động cơ này có kết cấu tương tự như MFTĐ nhưng với công suất nhỏ hơn 10 lần

Trong phạm vi của đề tài "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt máy phát thuỷ điện công suất 6MW của Nhà máy thuỷ điện Đaksrông", cơ quan chủ trì đề tài đã nghiên cứu đưa ra đầy đủ các sản phẩm của đề tài như đã dăng ký với Ban Chủ nhiệm Dự án, Bộ NN&PTNT và Bộ KH&CN Đặc biệt

là đề tài đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công MFTĐ 6MW MFTĐ

đã được lắp đặt và đưa vào sử dụng tại Nhà máy Thuỷ điện Đaksrông, đã phát điện thương phẩm và đang hoạt động ổn định từ ngày 31/8/2010

Kết quả nghiên cứu của đề tài khẳng định khả năng chế tạo MFTĐ đến 6MW trong nước Nghiên cứu thực hiện đề tài đã góp phần trang bị cho cơ quan chủ trì đề tài những kiến thức về thiết kế, công nghệ, thử nghiệm, kinh nghiệm nghiên cứu Nâng cao năng lực sản xuất, góp phần đào tạo đội ngũ cán bộ công nhân kỹ thuật tiếp cận với công nghệ và vật tư tiên tiến

Ở Việt nam, trong những năm 90, Bộ Công nghiệp nặng (Nay là Bộ Công thương) đã nhìn thấy nhu cầu phát triển của ngành điện nên đã đầu tư 1 xưởng ở Nhà máy Cơ khí Hà nội, nhằm sản xuất MFTĐ Công ty HEM cũng

là đơn vị đầu tiên năm 1974-1975 đã tổ chức lấy mẫu và thiết kế MFTĐ 1000kVA, sau này đã chuyển giao thiết kế cho Viện công nghệ và Nhà máy

vẫn chưa được chế tạo, MFTĐ 1400kVA được cải tạo dang dở và không thể đưa vào hoạt động

CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KỸ THUẬT, YÊU CẦU KỸ

THUẬT CỦA SẢN PHẨM MẪU

1.1 Tổng quát

Các nội dung của đề tài được nghiên cứu để áp dụng không phải chỉ cho một sản phẩm mà cho các sản phẩm đến công suất quy định Khi nghiên cứu, cơ quan chủ trì đề tài phải lựa chọn đối tượng để đưa các nội dung nghiên cứu vào ứng dụng và chế tạo ra được sản phẩm cụ thể để chứng minh tính đúng đắn hợp lý của các kết quả nghiên cứu

Sản phẩm của đề tài được lựa chọn theo các tiêu chí sau:

- Công suất tối đa trong dãy đã đăng ký;

- Sản phẩm mẫu chế tạo có địa chỉ tiêu thụ, và có nhu cầu của thị trường;

- Sản phẩm mẫu phải được đánh giá thử nghiệm khả năng sử dụng tại hiện trường và phải có các sản phẩm tương tự để so sánh, xác nhận giá trị sử dụng của các nội dung và kết quả nghiên cứu

Để lựa chọn sản phẩm của đề tài, cơ quan chủ trì đề tài đã tiếp xúc với Cục quản lý nhà nước – Bộ NN & PTNT, qua quá trình nghiên cứu thực trạng

sử dụng và nghiên cứu năng lực chế tạo máy phát thuỷ điện nhỏ ở Việt Nam,

đề tài đã chọn đối tượng nghiên cứu thiết kế và chế tạo là máy phát thuỷ điện 6MW-600vg/ph-6,3kV, công suất gần như lớn nhất trong dãy sản phẩm nghiên cứu, có địa chỉ lắp đặt, có điều kiện thử nghiệm và đánh giá các thông

số kỹ thuật sau khi chế tạo Bộ NN & PTNN sẽ tạo các điều kiện và giúp đỡ Công ty HEM nghiên cứu và lắp đặt thử nghiệm sản phẩm tại tổ máy phát 6MW của Nhà máy thuỷ điện Đaksrông bên cạnh hai tổ MFTĐ cùng loại do Trung Quốc chế tạo

Thông số kỹ thuật và kích thước lắp đặt của máy phát điện đồng bộ phải phù hợp với các tổ máy phát trong Nhà máy và đạt tiêu chuẩn IEC 34-2,

cụ thể:

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật và kích thước lắp đặt của máy phát

1.2 Xác định thông số kỹ thuật để tính toán và kiểm chứng

Để có thể kiểm chứng được phương pháp tính toán thiết kế có hợp lý,

chính xác hay không, phần mềm tính toán được lập có thể sử dụng vào sản

xuất hay không, các kết quả nhận được phải được xem xét, kiểm tra, đối

chiếu

Để có cơ sở tin cậy khi kiểm chứng, nhóm thực hiện đề tài đã lựa chọn

sản phẩm mẫu để thực hiện tính toán, thiết kế là máy phát

6MW-600vg/ph-6,3kV Sản phẩm mẫu của đề tài đăng ký có các thông số kỹ thuật tương

đương MFTĐ do Trung Quốc sản xuất sẽ được lắp đặt tại Nhà máy Thuỷ điện

Đaksrông Sản phẩm của Đề tài được lắp cùng trạm thuỷ điện với 2 MFTĐ do Trung quốc sản xuất có đủ điều kiện để xác định các chỉ tiêu kỹ thuật, đo độ

ồn, độ rung, xác định nhiệt độ của bối dây stato, nhiệt độ ổ đỡ trượt, tốc độ, dòng kích từ, dòng điện làm việc, công suất không tải, có tải v.v

Nhóm nghiên cứu đã tham khảo các tài liệu của Trung quốc, các yêu cầu của dự án và đưa ra các thông số kỹ thuật cơ bản của máy phát cho tổ máy phát thuỷ điện Đaksrông như sau:

áp định mức

Tất cả các tổn hao đều được hiệu chỉnh về nhiệt độ 750C Cách tính các tổn hao để tính hiệu suất phải phù hợp với tiêu chuẩn IEC34-2 và 34-2A (các phương pháp xác định tổn hao và hiệu suất của máy điện qua thử nghiệm)

1.2.7 Điều chỉnh điện áp tự nhiên

Điều chỉnh điện áp tự nhiên của máy phát điện ở hệ số công suất định mức không vượt quá 30% điện áp định mức, và trị số bảo đảm ở hệ số công suất định mức

1.2.8 Mô men quán tính

Trị số mô men đà (GD2 Tấn.m2) của máy phát điện ước tính khoảng 36.20 Tấn.m2

1.2.9 Gia tăng nhiệt độ và nhiệt độ cao nhất

Các điều kiện nhiệt độ khí vào bộ làm mát máy phát điện và nước làm mát cho thiết kế được đưa vào thiết kế theo yêu cầu của khách hàng, như sau:

Nhiệt độ không khí max 400C

Nước làm mát ban đầu ≤ 300C

a Gia tăng nhiệt độ

Máy phát điện phải áp dụng các giới hạn tăng nhiệt độ cho phép theo yêu cầu khách hàng Khi máy phát điện vận hành liên tục với công suất định mức, ở điện áp định mức, cosϕ định mức và tần số định mức, giới hạn tăng nhiệt độ được quy định trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Giới hạn tăng nhiệt độ cho phép của máy phát

Bộ phận máy phát điện Phương pháp đo Giới hạn tăng

nhiệt độ không quá

Lõi từ và các phần khác tiếp xúc với

cuộn dây

Nhiệt điện trở 800C

b Nhiệt độ lớn nhất

Ở chế độ bất thường, nhiệt độ lõi thép từ và cuộn dây Stator, cuộn dây rôtor không được lớn hơn 1200C, nhiệt độ các séc măng ổ bạc không vượt quá 650C tại nhiệt độ môi trường lớn nhất 400C (theo yêu cầu khách hàng)

và đầu dây trung tính được cách điện toàn bộ với mức điện áp dây và có vỏ bọc bằng kim loại phi từ tính để bọc các đầu nối

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY PHÁT THUỶ ĐIỆN 6MW

Để chế tạo mỗi loại sản phẩm máy điện mới đều phải có thiết kế Thiết

kế sản phẩm máy điện có 2 phần chính, đó là:

- Thiết kế tính toán

- Thiết kế sản phẩm

Mục tiêu của thiết kế tính toán

- Xác định các kích thước cơ bản phần điện từ

Một trong những nội dung chính của đề tài là xây dựng được phương pháp tính và sử dụng kết quả tính toán thiết kế phù hợp làm cơ sở để lập trình phần mềm tính toán thiết kế trên máy vi tính nhằm rút ngắn tối đa thời gian tính toán, lựa chọn phương án tối ưu và loại trừ các sai số khi tính toán

Mục tiêu của thiết kế sản phẩm

Đưa vào kết quả thiết kế tính toán để thiết kế toàn bộ các chi tiết, sơ đồ của sản phẩm Dựa vào bộ thiết kế cơ sở sản xuất có thể nghiên cứu chế tạo ra sản phẩm

Cho đến nay ở Việt nam chưa có thiết kế các máy phát đồng bộ Chủ nhiệm đề tài đã mạnh dạn mở rộng phạm vi ứng dụng của chương trình để tính toán thiết kế đến máy phát đồng bộ 6MW

2.1 Thiết kế tính toán

2.1.1 Lựa chọn phương pháp tính toán thiết kế điện từ

Để thực hiện được mục tiêu là tính toán một cách chi tiết và chính xác các thông số điện từ của máy phát thì việc xây dựng được phương pháp tính toán hợp lý là hết sức cần thiết Đề tài đã nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính bằng việc phân tích các phương pháp tính toán đã được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới cũng như kinh nghiệm tính toán thiết kế máy điện ở Công

ty HEM

Để tính toán thiết kế điện từ máy điện đồng bộ trên thế giới hiện đang

có nhiều phương pháp tính toán khác nhau, các cơ sở sản xuất đều xây dựng phương pháp tính riêng dựa vào kinh nghiệm thực tế khi tính toán và quá trình hiệu chỉnh thiết kế, kinh nghiệm sản xuất và trình độ công nghệ của mình Với mỗi phương pháp tính toán sẽ cho ra một kết quả không giống nhau khi dùng chung bộ dữ liệu đầu vào, do đó mà sản phẩm cùng loại của các hãng, các nước khác nhau có kích thước kết cấu rất khác nhau Sở dĩ như vậy là vì tất cả các phương pháp đều được xây dựng trên cơ sở tính toán gần đúng, kết hợp giữa lý thuyết, kinh nghiệm, vật liệu sử dụng và công nghệ thực tiễn, kết cấu lựa chọn của từng cơ sở sản xuất

Ở Việt Nam hiện nay chưa có cơ sở nào tính toán, thiết kế, chế tạo máy phát đồng bộ do vậy nhóm thực hiện đề tài đã nghiên cứu và tham khảo các phương pháp tính toán trong các sách và tài liệu tham khảo của nước ngoài,

cụ thể:

2.1.1.1 Phương pháp tính toán máy điện đồng bộ của Liên xô (cũ):

Đây là phương pháp tính được sử dụng khá phổ biến trong việc biên soạn các tài liệu giáo khoa để giảng dạy trong các trường Đại học kỹ thuật môn thiết kế máy điện ở Việt nam và ở một số nước XHCN trước đây như Tiệp khắc, Bungari, Trung quốc Tài liệu được biên soạn dựa trên cơ sở nền

kỹ thuật cơ bản rất vững mạnh của Liên xô (cũ) Phương pháp này có các ưu điểm nổi bật như sau:

- Các hệ số tính toán dựa trên cơ sở công nghệ chế tạo ở mức trung bình tiên tiến, có nhiều điểm phù hợp với công nghệ chế tạo tại Việt nam Vì hầu hết các thiết bị của Việt nam hiện nay đều ở mức trung bình và trong đó có một số thiết bị đo do Liên xô cung cấp

- Trong tính toán chịu ảnh hưởng rất lớn từ việc lựa chọn các loại vật tư cũng như chất lượng của chúng, vật liệu cách điện có cấp chịu nhiệt cao (cấp F, H) và cả cấp chịu nhiệt trung bình (cấp E, B); Thép kỹ thuật điện với các tổn hao khác nhau.v.v

- Các mục tính toán rất đầy đủ bao gồm toàn bộ các tính toán điện từ, tính mở máy, tính toán nhiệt, tính tiêu hao vật tư

- Có thể áp dụng cho tính toán các máy điện quay theo dãy

- Phương pháp này có một nhược điểm chính đó là phép tính phức tạp và mang tính lý thuyết, ít mang tính thực nghiệm Qua thực tế kiểm nghiệm ở các động cơ có công suất khác nhau thì kết quả nhận được có

Tuy vậy trên cơ sở của phương pháp này có rất nhiều các tài liệu nghiên cứu, tham khảo, tuy nhiên Đề tài vẫn phải nghiên cứu xác định một số yếu tố về công nghệ cũng như các hệ số thực nghiệm để xây dựng được một phương pháp tính toán thiết kế rút gọn phù hợp với thực tế

2.1.1.2 Phương pháp tính toán máy điện đồng bộ của Hunggary

Đây là phương pháp tính khá tin cậy vì Hunggary cũng là một quốc gia

có nền công nghiệp chế tạo máy điện tương đối phát triển Phương pháp này ngắn gọn hơn phương pháp tính của Liên xô (cũ) và có đưa vào nhiều tham số

có tính thực nghiệm cao

Tuy nhiên phương pháp tính của Hunggary mà chúng ta tham khảo được chỉ áp dụng cho việc tính toán các máy điện cỡ nhỏ và vừa, không áp dụng cho các máy điện lớn và đặc biệt là máy phát đồng bộ

2.1.1.3 Phương pháp tính toán máy điện đồng bộ Trung quốc:

Trung quốc cũng là một quốc gia có ngành công nghiệp chế tạo máy điện phát triển rất mạnh nhất là trong hơn 10 năm trở lại đây, nền tảng lý thuyết dựa hoàn toàn vào tài liệu của Liên xô (cũ) Điểm đặc biệt là công nghệ chế tạo máy điện của Trung quốc có nhiều điểm tương đồng với công nghệ của Việt Nam Trong những năm gần đây công nghệ chế tạo máy điện của Trung quốc có nhiều bước phát triển vượt bậc đặc biệt là trong chế tạo các loại máy điện đồng bộ, không đồng bộ có công suất lớn

Hiện nay hầu hết các dây chuyền sản xuất của các nhà máy thép, điện, đạm hay các công trình thuỷ điện vừa và nhỏ do Trung quốc lắp đặt hoặc cải tạo nếu có sử dụng các loại động cơ, máy phát đồng bộ đều là các sản phẩm của Trung quốc, các sản phẩm có các tính năng đạt tiêu chuẩn IEC, kết cấu hợp lý, gọn nhẹ đảm bảo vận hành tốt Phương pháp tính toán máy điện quay của các cơ sở sản xuất của Trung quốc có các ưu điểm sau:

- Phần tính toán mang tính thực nghiệm cao Nhiều công thức, hệ số trong phần tính toán là những công thức thực nghiệm, hệ số kinh nghiệm;

- Tính toán ngắn gọn, đơn giản Kết quả tính gần với thực tế chế tạo;

- Cơ sở vật liệu và công nghệ phù hợp với điều kiện Việt nam;

- Áp dụng được cho các động cơ, máy phát cỡ lớn

Các nhược điểm chính của phương pháp này:

- Tính toán quá thiên về thực nghiệm, chỉ dùng chủ yếu để tính toán kiểm nghiệm các động cơ, máy phát đã có sẵn thông số điện từ

- Một số mục tính toán bị đơn giản hoá nên độ tin cậy không cao

- Không dựng được đặc tính làm việc từ tính toán Kết quả tính chỉ cho thông số ở điểm làm việc định mức và điểm mở máy

Phương pháp này thường được sử dụng ở các cơ sở sản xuất

Kết luận

Trên cơ sở phân tích các phương pháp tính ở trên, kết hợp với các kết quả kiểm nghiệm thực tế qua nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực chế tạo máy điện quay và để đề tài nghiên cứu có chất lượng cao cả về mặt lý thuyết

và thực tiễn, Công ty cổ phần Chế tạo Điện cơ Hà nội đã lựa chọn phương pháp tính cuả Liên xô (cũ) làm cơ sở để xây dựng phương pháp tính cho đề tài Trên cơ sở phương pháp tính toán mang tính lý thuyết cao như đã nêu ở trên, đề tài đã đưa vào các hệ số thực nghiệm thực tế để tính toán thiết kế và

đã đưa ra một phương pháp tính toán thiết kế phù hợp với khả năng, trình độ công nghệ trong nước

2.1.2 Dữ liệu đầu vào

Để tính toán thiết kế một động cơ đồng bộ cần phải xác định các dữ liệu như sau:

- Các số liệu định mức: công suất, điện áp, tần số, tốc độ quay;

- Vật liệu chính sử dụng để chế tạo sản phẩm ( vật liệu điện, vật liệu dẫn

từ, vật liệu cách điện, và vật liệu kết cấu … );

- Điều kiện và môi trường làm việc của máy phát

2.1.3 Mục tiêu tính toán:

Quá trình tính toán phải xác định được:

- Toàn bộ các thông số điện và từ của máy phát: Dòng điện, mật độ dòng điện ở các chế độ làm việc; kích thước lá tôn Stato, cực từ, lõi tôn; thông số dây quấn Stato, cuộn dây cực từ và các tham số điện từ;

- Đặc tính làm việc và đặc tính mở máy của máy phát;

Căn cứ vào các kết quả tính toán của các phương án phần điện, từ và các tính toán khác sẽ chọn ra phương án tối ưu đáp ứng được các yêu cầu kinh

tế kỹ thuật, trên cơ sở đó mới tiến hành xây dựng kết cấu máy

Trong giới hạn báo cáo đề tài, nhóm thực hiện chỉ xin trình bày phần tính toán thiết kế một số cụm chi tiết chính như tính toán lõi tôn stato, cuộn dây stato, cuộn dây cực từ, mạch từ, trục rôto máy phát

2.2 Nghiên cứu tính toán, thiết kế cụm lõi tôn stato

- Kết cấu lõi tôn hợp lý, đảm bảo chắc chắn, thuận tiện khi gia công, các chi tiết dễ dàng lắp ghép lên thân Khi vận chuyển, lắp ráp các chi tiết không

bị cong vênh biến dạng

¾ Điểm khác biệt khi tính toán thiết kế máy phát thuỷ điện so với các động

cơ đồng bộ:

- Máy phát thuỷ điện thường được nối cứng trục với tuabin nên chịu ảnh hưởng của tuabin nước Mỗi tuabin nước đều có tốc độ lồng của nó, đó là lúc cách cửa dẫn nước vào tuabin mở hoàn toàn mà máy phát đang ở chế độ không tải, lúc đó tốc độ của tuabin sẽ cao nhất, ở động cơ đồng bộ không có

vậy, khi thiết kế tính toán MFTĐ phải tính đến kết cấu chắc chắn của các chi tiết, cụm chi tiết

- Với các động cơ đồng bộ thông thường, lá tôn stato chỉ cần 1 lớp cách điện của nhà sản xuất là đủ, nhưng với MFTĐ, do điều kiện làm việc khắc nghiệt và yêu cầu vận hành liên tục trong thời gian dài, đồng thời yêu cầu về tuổi thọ cao, nên ngoài yêu cầu về cách điện bộ dây và thông gió lõi tôn, các

lá tôn phải được tráng thêm một lớp sơn cách điện ở cả hai mặt, như vậy hệ số

ép chặt lõi tôn sẽ thấp hơn và tải đường A cũng chọn thấp hơn từ 10÷15% so với động cơ đồng bộ

2.2.2 Xác định kích thước lá tôn và lõi tôn stato

2.2.2.1 Xác định kích thước chính của lõi tôn

Thông thường, kích thước chính của lõi tôn stato là đường kính stato và chiều dài tác dụng của lõi thép Tuy nhiên, đối với MFTĐ, kích thước chính là bước cực (cung cực từ):

Với điều kiện thiết bị công nghệ tiên tiến hiện nay, khi tính toán, nhóm nghiên cứu có tham khảo thêm phương pháp tính và hệ số công nghệ của Nhà máy chế tạo MFTĐ Nam Ninh (Trung Quốc), sau đây gọi tắt là Nam Ninh, thống nhất chọn:

τ ≈ 65 (cm)

Từ đó, tính được đường kính trong stato:

Di = =

14,3

10.65

và kD được xác định theo số đôi cực, theo kinh nghiệm của Nam Ninh, với MFTĐ 6MW có 2p = 10, chọn kD = 0,8

Dn =

8,0

208 = 260 (cm)

Chiều dài tính toán của lõi tôn stato được xác định theo công thức:

lt =

n D B AS k k

P

d s

2

7

10'

.1,6

δ δ

kd: Hệ số dây quấn, sơ bộ chọn kd = 0,92 AS: Tải đường, tra hình 11-3 (Xem “Thiết kế máy điện”, Trần Khánh Hà), AS ≈ (520÷580)A/cm Với MFTĐ, chọn A ở mức thấp hơn (10÷15)%, lấy A = 480 A/cm

Bδ: Mật độ từ thông trung bình của khe hở không khí, tra hình

11-3 (“Thiết kế máy điện”, Trần Khánh Hà), chọn Bδ = 0,95 T

Từ đó tính được:

lt =

600.208.95,0.480.92,0.78,0

10.7500.1,6

Nr =

5,44

Nr – số rãnh thông gió ngang trục

lt – chiều dài tính toán của lõi thép

Nr =

5,44

Hình 2.1: Lõi tôn stato với các rãnh thông gió ngang trục

¾ Xác định số rãnh stato:

Xác định số rãnh Stato MFTĐ bằng hàng loạt các phương án kinh tế, công nghệ điện, kết cấu Các phương án trên được thể hiện chi tiết trong bản tính điện từ, ở đây, nhóm đề tài chỉ xin nêu ra một vài điểm cơ bản về các điều kiện để xác định sơ bộ số rãnh stato như sau:

- Theo điều kiện đối xứng của cuộn dây, số rãnh stato Z là số chia hết cho

số pha và số mạch nhánh song song:

m a

- Số rãnh dưới 1 cực của 1 pha:

- Lõi tôn được ghép từ các sec măng thì số rãnh Z nên chia hết cho 2, 3,5

vì như vậy sẽ dễ dàng ghép các sec măng lại

Tổng hợp từ các điều kiện trên, đồng thời tham khảo kinh nghiệm từ Nhà máy chế tạo MFTĐ Nam Ninh, đề tài chọn Z = 150 rãnh cho máy phát 6MW

208.14,3

= 4,35 (cm)

2.2.2.2 Xác định kích thước lá tôn stato

Lõi tôn có đường kính Dn >1m thì lõi tôn được ghép lại từ các sec măng Tính toán chia số sec măng theo các điều kiện sau:

- Số séc măng là số nguyên;

- Số rãnh stato trên mỗi sec măng là số nguyên;

- Kích thước lá tôn sec măng phù hợp với tiêu chuẩn lá tôn kỹ thuật điện, phù hợp với điều kiện công nghệ và có hệ số hao phí thấp nhất có thể; Lá tôn séc măng stato sau khi ghép hoàn chỉnh trên vành tròn phải có khe hở lắp ghép không quá 0,4mm để tránh từ thông tản khi máy làm việc, đồng thời không được chồng ghép các mảnh sec măng

- Đảm bảo độ cứng vững của lõi tôn khi ghép các sec măng

Từ các điều kiện trên, lõi tôn stato MFTĐ 6MW được chia thành 15 sec măng, pha cắt trên tấm tôn kỹ thuật điện như sau (xem hình 2.2)

Hình 2.2 Đặt lá tôn trên lá tôn kỹ thuật điện tiêu chuẩn

Phần thừa (140x560) của lá tôn kỹ thuật điện có thể tận dụng để chế dập lõi tôn cho các loại động cơ khác thuộc dãy 3K90 trở xuống đang sản xuất tại Công ty (với đường kính ngoài lõi tôn Φ132mm hoặc thấp hơn) Trên mỗi sécmăng được tạo 02 rãnh gông để định vị lá tôn stato lên thân máy phát Như vậy trên thân máy phát có các tấm mặt ép lõi tôn stato được gia công các lỗ để bắt các gudông định vị lá tôn dọc theo chiều dài thân

¾ Xác định hình dạng, kích thước rãnh:

Kích thước rãnh được xác định từ lựa chọn tối ưu về kinh tế-kỹ thuật theo kết quả các phương án tính mạch điện từ Từ quan điểm rút ngắn chiều dài máy, phù hợp với rãnh hẹp và sâu vì trong từng trường hợp này răng sẽ phải lớn hơn và khi có cùng một mật độ từ thông trong răng thì có thể giảm được chiều dài máy Rãnh hẹp và sâu cũng bảo đảm việc làm mát bộ dây tốt hơn do tăng được bề mặt tản nhiệt Tuy nhiên hệ số chất đầy kém hơn, cách điện chiếm chỗ nhiều hơn Cách điện là vật tư có chi phí lớn nhất (giá thành đến 50% giá tất cả vật tư), do vậy chỉ cân nhắc giảm được chu vi rãnh đến tối thiểu có thể được theo điều kiện phát nhiệt

Về mặt công nghệ, tỉ lệ giữa chiều cao và chiều rộng rãnh đảm bảo tính hợp lý khi gia công chế tạo khuôn dập và đảm bảo khả năng tản nhiệt khi máy làm việc ở mọi chế độ

Ngoài ra, khi tính phải cân nhắc đến chiều sâu và rãnh hẹp không làm tăng điện kháng tản của phần rãnh của bối dây Stato và cả điện kháng chuyển đổi quá giới hạn cho phép

Hình dạng rãnh stato là rãnh hở có thể lồng dây chế tạo định hình sẵn,

Xác định chiều rộng rãnh:

Kích thước sơ bộ chọn ban đầu sẽ được tính chính xác và hiệu chỉnh lại khi tính chất đầy rãnh; theo tài liệu TKMFTĐ_Nga thì khi sơ bộ cũng nên chọn chiều rộng rãnh không nhỏ hơn (1,4÷1,8) cm đối với điện áp 6300V Chiều rộng của rãnh cuối cùng xác định trên cơ sở kích thước dây tiêu chuẩn, kích thước của cuộn dây sau khi thực hiện cách điện

Chiều dày cách điện được xác định theo tiêu chuẩn về cách điện đối với cấp điện áp 6300V, cách điện cấp F và theo các vật liệu cách điện thực tế sử dụng, khả năng công nghệ của cơ sở sản xuất Tra các tiêu chuẩn của Nga và