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

Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.PHẦ N I GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU Máy đ iện đồng bộ được sử dụng rộ ng rãi trong côn

Trang 1

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

PHẦ N I GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU

Máy đ iện đồng bộ được sử dụng rộ ng rãi trong công nghiệp Phạm vi sửdụng chính là biến đổi cơ năng thành điện năng, nghĩa là làm máy phát đ iện.Điện năng ba pha chủ yếu dùng trong nền kinh tế quốc dân và trong đời sống sinhhoạt được sản xuất từ các máy phát điện quay bằng tuabin hơi hoặc khí hoặcnước Ngoài ra máy phát đi ện còn được kéo các động cơ khác như động cơĐiêzel, động cơ xy lanh hơi n ước, động cơ chạy bằng nhiên liệu Hyđro…đượcchế tạ o v ới công suất vừa và nhỏ nhằm dùng cho các tải địa phương, dùng làmmáy phát dự phòng Ngoài ra các động cơ đồng bộ công su ất nhỏ( đặc biệt là cácđộng cơ đồng bộ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu ) cũng được dùng rất rộng rãitrong các trang bị tự động và điều khiển

I ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG

I.1 Định nghĩa

Những máy phát đ iện xoay chiều có tốc độ quay Rôtor n bằng tốc độ quaycủa từ trườ ng n1 gọi là máy điện đồng bộ, có tốc độ quay Rôtor luôn không đổikhi tải thay đổi

I.2 Công dụng

Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện rất quan trọng của các lưới điện côngnghiệp Trong đó các động cơ sơ cấp là các tuabin hơi nước hoặc tuabin nước.Công suất đơn chiếc mỗi máy có thể đạt đến 1200MW đối với máy phát tuabinhơi và đến 560MW đối với máy phát tuabin nước Các lưới điện công suất nhỏ,máy phát điện đượ c kéo b ởi động cơ Điêzel hoặc các tuabin khí, chúng có thểlàm việc riêng lẻ hoặc hai ba máy làm việc song song với nhau Các máy phátđiện đồng bộ hầu hết được đặt ở các tr ạm phát đi ện xoay chiều, chúng được s ử

d ụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực : trong cu ộc sống, công nghiệp, giao thông vậntải, các nguồn điện dự phòng, điện năng trên các phương tiện di động…

II ĐẶC ĐIỂM VÀ CẤU TẠO

II 1 Đặc điểm

Máy phát điện đồng bộ thường được kéo bởi tuabin hơi hoặc tuabin nước, vìvậy chúng được gọi là máy phát tuabin hơi hoặc máy phát tuabin nước Đối với máy phát điện tuabin hơi, do đặc trưng là tốc độ cao tới vài nghìn vòng/phút nên1

Trang 2

máy phát đi ện thường có k ết cấu Rôtor cực ẩn với đường kính nhỏ để giảm thiểulực ly tâm Và ngượ c lại, đối v ới máy phát điện tuabin nước, tố c độ thấp nênthường có Rôtor cực lồi, đường kính có thể lên tới 1,5m tùy theo công suất củamáy

Máy phát điện ba pha thường gặp nhất là máy phát điện mà dòng đi ện mộtchiều được đưa vào cuộn dây kích từ thông qua hệ thống vành trượt Cực t ừ củamáy phát đ iện ba pha được kích thích bằng dòng điện một chi ều và được đặt ởphần quay, còn dây quấn phần ứng với ba pha được đặt ở phần tĩnh và nối ra tải.Cũng có thể đặt cực từ ở ph ần tĩnh và dây quấn phần ứng ở phần quay giốngtrong máy đ iện một chiều, 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 việccủa máy điện nói chung và máy phát điện đồng bộ nói riêng đều dựa trên địnhluật cảm ứng điện từ Nguyên lý làm việc cơ bản như sau :

Stator của máy phát điện đồ ng bộ đồng bộ có dây quấn ba pha được đặt cáchnhau một góc 1200 trong không gian, được gọi là phần ứng, cả m ứng ra các sức điệnđộng cung cấp ra tải ( hình 1.1 ) Còn Rôtor của máy phát điện, với cấu tạo dây quấncực từ ( cực lồi v ới đố i với máy phát có tuabin tốc độ thấp như các máy phát tuabinnước, các máy phát công suất nh ỏ và cực ẩn v ới tuabin có tốc độ cao như máy phátĐiêzel, tuabin hơi và khí ) làm nhiệm vụ tạo ra từ trường phần cảm

A

N

Khi Rôtor 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 xoay chiều hình sin lần lượt lệch pha nhau0

Hình 1.1 cấu tạo của Stator.

120 theo chu kỳ thời gian, có trị số hiệu dụng là :

(1.1)

Với p là số đôi cực của máy

2

Trang 3

Khi máy phát điện đồng bộ làm việc khép kín mạch với t ải, có dòng điện bapha chạy trong ba dây quấn lệâch nhau góc 1200 về thời gian sẽ tạo ra từ trườngquay với tốc độ n1 :

Các máy phát đi ện đồng bộ ba pha cực ẩn thường được chế tạo với số cực2p = 2 , như vậy tốc độ quay củ a Rôtor là 3000 vòng/phút Để hạn chế lực ly tâmtrong phạm vi an toàn đối v ới thép hợp kim chế tạo thành lõi thép Rôtor, đườngkính D của Rôtor không quá 1,1 đến 1,5mét Tăng công suất của máy bằng cáchtăng chiều dài l của lõi thép Chiều dài tối đa của Rôtor vào khoảng 6,5mét

Dây quấn kích từ đặt trên cực từ Rôtor đượ c chế tạo từ dây đồng trần, tiếtdiện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành các bối dây Các vòng dây của lớp dâynày được cách điện với nhau bằng một lớp mica mỏng Dây quấn kích t ừ nằmtrong rãnh được cố đị nh và ép chặt bằng các thanh nêm phi từ tính đưa vàomiệng rãnh Phần đầu n ối ở ngoài được đai ch ặt bằng các ống trụ thép phi từ tínhnhằm bảo vệ chống lại l ực điện độ ng do dòng điện gây ra Hai đầu của dây qu ấnkích từ đi luồn trong trục và nối với hai vành trượt đặt ở đầu trục thông qua haichổi điện, nối với dòng kích từ một chiều

Dòng điện kích t ừ mộ t chiều thường được cung cấp bởi một máy phát mộtchiều, hoặc xoay chiều được chỉnh lưu ( có hoặc không có vành trượt ), nối chungtrục với máy phát điện

Stator của máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn bao gồm lõi thép, trong đó

có đặt dây qu ấn ba pha, ngoài là thân và vỏ máy Lõi thép Stator được ghép và épbằng các tấm tôn silic có phủ cách đ iện Các đường thông gió làm mát cho máyđược chế tạo cố định trong thân máy để đảm bảo độ bền cách điện của dây quấn

và máy

II.2.2 Máy cực lồi

Các máy phát đ iện có tốc độ quay thấp thường được chế t ạo dạng cực lồi,nên khác với máy cự c ẩn, đường kính D củ a Rôtor có thể lên đến 15met trong khi

chi ều dài lại nhỏ v ới tỷ lệ l/D = 0,15 – 0,2 Rôtor của máy phát điện đồng bộ cực lồi

công su ất nh ỏ và trung bình có lõi thép được chế tạo bằng thép đúc và gia côngthành khối hình trụ trên mặt có đặt cực từ Ở các máy lớn, lõi thép đó được

Trang 4

3

Trang 5

chế t ạo từ các tấm thép dày từ 1 đến 6mm, được dập hoặc đúc định hình sẵn đểghép thành các kh ối l ăng trụ và lõi thép này thường không trực tiếp lồng vàotrục của máy mà được đặt trên giá đỡ của Rôtor, giá này được lồng vào trục máy

Hình 1.2 Cực từ của máy phát đồng bộ cực lồi

Cực từ đặt trên lõi thép Rôtor được ghép bằng những lá thép dày

1 – 1,5mm ch ế tạo đuôi có hình T hoặc bằng các bulông bắt xuyên qua mặt cực

và vít chặt vào lõi thép Rôtor

Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn theochiều mỏng thành từng cuộn dây Cách đi ện giữa các vòng dây là các lớp micahoặc amiăng Sau khi hoàn thiện gia công, các cuộn dây được lồng vào thân cáccực từ

Dây quấn cản của máy phát điện đồng bộ được đặt ở trên các đầu cực có cấutạo như dây qu ấn kiểu lồng sóc của máy đ iện không đồng bộ, nghĩ a là làm bằngcác thanh đồng đặt vào rãnh các đầu cực và hai dầu nối với hai vành ngắn mạch

Stator của máy phát điện đồ ng bộ cực l ồi giống của máy phát đi ện đồng bộ cự

c ẩn Để đảm bảo vận hành ổn đị nh, ngoài các yêu cầu chặt chẽ đối với kết cấu về điện các kết cấu về cơ họ c và hệ th ống làm mát cũng được thiết kế chế t ạo phù hợp

và tương thích với t ừng loại máy phát điện, đáp ứng được môi trường và chế độ làmviệc Máy phát điện đồng bộ làm mát bằng gió công suất nhỏ , có các khoang thônggió và làm mát được thiết kế chế t ạo n ằm giữa vỏ máy và lõi thép Stator Đầu trụccủa máy được gắn một cánh quạt gió để khi quay không khí được thổi qua cáckhoang thông gió này Bên ngoài vỏ máy cũng được chế tạo với các sống gân hoặccánh toả nhiệt nhằm làm tăng diện tích bề mặt trao đổ i nhiệt cho máy Phổ biến nhất

là các máy phát điện đồng bộ được làm mát bằng nước hoặc bằng khí và được ápdụng cho các máy có công suất từ vài chục kW trở lên Trong trường hợp máy phátđiện có công suất nhỏ và cần di động thì thường dùng

4

Trang 6

Điêzel làm độ ng cơ sơ cấp và được gọi là máy phát điện Điêzel Máy phát điện

Điêzel thường có cấu tạo cực lồi

Đặ c điểm khác biệt giữa những máy điện công suất nhỏ và máy đi ện công

suất lớn ngoài kích thước của chúng khác nhau thì chúng còn khác nhau về hiệu

suất làm việc, giá thành của máy cũ ng như giá điện sản xuất ra, thời gian làm

việc của nó… Máy phát điện công suất nh ỏ có cấu tạo gọn nhẹ, rất thu ận l ợi để

làm máy phát dự phòng khi mất điện lưới, như máy phát đi ện Điêzel có thể linh

động vận chuyển đi nơi khác để phục vụ khi cần thiết Tuy nhiên máy đi ện công

suất nhỏ giá thành không được rẻ vì trái vơí máy có công suất đơn chiếc càng lớn

thì giá thành trên đơn vị công suất càng hạ nên nó chưa đươc sử dụng phổ biến

mà nó chỉ được sử d ụng ở những n ơi cần thiết như bệnh vi ện, truy ền hình, quân

sự và thông tin liên lạc…Ngoài ra nó còn được sử d ụng ở một số h ộ dân cần

điện để phục vụ sản xuất kinh doanh liên tục khi thi ếu đi ện lưới Hiệu suất làm

việc của máy điện công suất nhỏ luôn thấp hơn những máy công suất lớn

III CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ.

Để làm thí nghiệm lấ y các đặc tính của máy phát điện đồ ng bộ thì cần phải

có sơ đồ nối dây của máy phát điện Tải của máy phát là tổng trở Z có thể thay

đổi Dòng điện kích thích It của máy điện được lấy từ nguồn điện bên ngoài và

được điều chỉnh nhờ vào biến trở rt

Khi v ận hành thường máy phát điện cung cấp cho tải đối xứng Chế độ này

phụ thuộc vào h ộ tiêu thụ điện năng nối với máy phát đi ện, công suất cấp cho tải

không vượt quá định mức mà bằng định mức hoặc thấp hơn định mức một chút

Mặt khác các đại lượng này thông qua các đaị lượng khác như dòng điện, điện áp,

dòng kích từ, hệ số Cosϕ, tần số f, tố c độ quay n Để phân tích các đặc tính của

máy phát đi ện đồng bộ ta dựa vào ba đại lượng chủ yếu là U, I, it thành lập các

đặc tính sau :

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

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

3. Đặc tính ngoài U = f(It) khi it = const ; cosϕ = const ; f = fđm

4. Đặc tính điều chỉnh It = f(I) khi U = const ; cosϕ = const ; f = fđm

5. Đặc tính tải U = f(it) khi I = const ; cosϕ = const ; f = fđm

5

Trang 7

của máy phát điện đồng bộ.

III.1 Đặc tính không tải

E = U0 = f(it)Khi I= 0 và f= fđmĐặc tính không tải là quan hệ giữa sức điện động E cảm ứng ra cuộn dâyStator với dòng điện kích từ khi dòng điện tải bằng không Trong hệ đơn vị tươngđối máy phát điện đồng bộ cực ẩn và máy phát điện đồng bộ cực lồi khác nhaukhông nhiều, đặc tính không tải được hiển thị bằng đơn vị tương đối giống nhưtrên hình 1.3

Trang 8

6

Trang 9

điện kích thích khi đ iện áp bằng không , tần số b ằng tần số đị nh mức ( khi dây

quấn phần ứng được nối tắt ngay đầu máy) Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn

phần ứng( rư = 0 ) thì mạch điện dây quấn phần ứng lúc ngắn mạch là thuần cảm (

có Euđ = +j.I.xd và mạch điện thay thế của máy có dạng như trên hình 1.4

Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy không bão

hoà, vì t ừ thông khe h ở Φδ cần thiết để sinh ra E δ = E – I.xưd = i.xσư rất nhỏ Do

đó quan hệ I = f(it) là đường thẳng như trên hình 1.5

I

I = f(It)

It

Hình 1.5 - Đặc tính ngắn mạch

Tỷ số ngắn mạch K là t ỷ số dòng điện ngắn mạ ch I no ứng với dòng điện kích

thích sinh ra sức điện động E = Uđm khi không tải với dòng điện định mức Iđm,

Trang 10

7

Trang 11

Với xd trị số bão hoà củ a đi ện kháng đồng bộ dọc trục ứng với E = Uđm Thaytrị số của Ino vào biểu thức của K ta có :

Tỷ số ngắn mạch K là một tham số quan trọng của máy điện đồng bộ Máy

có K lớn có ưu điểm cho độ thay đổi điện áp U nhỏ và theo biểu thức

Trang 12

III.3 Đặc tính ngoài và độ thay đổi điện áp U đm của máy phát đồng bộ

8

Trang 13

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

I

Hình 1.7 Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ

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 cũng tăng, điện áp giảm và

đường biểu diễn đ i xuống Ngược lại nế u 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 Uđm của máy phát điện đồng bộ theo định

nghĩa là sự thay đổi điện áp khi tải thay đổi từ định mức với cosϕ = cosϕđm đến

không tải, trong điều kiện không thay đổi dòng điện kích thích Trị số của Uđm

thường biểu thị theo phần trăm của điện áp định mức, nghĩa là :

U đm % = E −U dm.100

U dm

thông số Uđm% = 25% ÷ 30%

III.4 Đặc tính điều chỉnh

It = f(I) khi U = const ; cosϕ = const và f =fđm

Đặ c tính đi ều chỉnh là quan hệ của dòng đ iện kích từ với dòng điện không tải

để luôn giữ cho điện áp không đổi Nó cho biết h ướng điều chỉnh dòng điện It của

máy phát điện đồng bộ để giữ cho điện áp ra U ở đầu máy phát điện không đổi

Trang 14

9

Trang 15

cosϕ = 0,8(®iÖn dung)

Hình 1.8 Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ

Ta thấy với tải c ảm khi I t ăng, tác dụng kh ử từ của phản ứng phần ứng tănglàm cho điện áp U bị gi ảm Để giữ cho điện áp U không đổi phải t ăng dòng điện

từ hoá it Ngược lại, ở tải dung khi I tăng, muốn giữ U không đổi phải giảm it Thông thường cosϕđm = 0,8 ( thuần cảm ), nên từ không tải ( U = Uđm ; I = Iđm )phải tăng dòng điện từ hoá it khoảng 1,7 ÷ 2,2 lần

III.5 Đặc tính tải

U = f(it) khi I = const ; cosϕ = const và f =fđm

Đặc tính tải là quan hệ giữa điện áp đầu ra của máy phát điện đồng bộ với dòngkích từ khi tải là không đổ i Với các trị số khác nhau của I và cosϕ s ẽ có các đặctính tải khác nhau, trong đó có ý nghĩa nhất là đặc tính tải thuần cảm ứng với

cosϕ = 0 ( khi ϕ = π/2 ) và I = Iđm

Đặc tính tải thuần cảm có thể suy ra được từ đặc tính không tải và tam giácđiện kháng Cách thành lập tam giác điện kháng như sau :

Trang 16

10

Trang 17

phục phản ứng khử từ của phần ứng BC = kưd.Fưd sinh ra Eưd ; phần

còn lại OB = OC – BC sẽ sinh ra sức điện động tản t ừ F σư = Iđm x σư = AB ( điểm

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 đều tỷ lệ với dòng đ iện tải định mức Iđm

Đem tịnh tiến tam giác điện kháng ABC ( hoặc tam giác OAC ) sao cho điểm

A tựa trên đặc tính không tải thì đỉnh C sẽ vẽ thành đặc tính tải thuần cảm

Trang 18

O

Trang 19

Hình 1.10 Đồ th ị véc tơ sứ c đi ện động của máy phát điện đồng bộ ở tải thuần cảm

Để có được đặc tính đó phải điều chỉnh rt và Z ( khi đó phải có cuộn cảm có thểđiều ch ỉnh được ) sao cho I = Iđm Dạng của đặc tính tải thuần cảm như đườ ng 3trên hình 1.9 và đồ thị véc tơ tương ứng với chế độ làm việc đó khi bỏ qua trị số

rất nhỏ của rư như hình 1.10

III.6 Tổn hao và hiệu suất của máy điện đồng bộ

Khi làm việc trong máy có các tổn hao đồng, tổn hao sắt, tổn hao kích từ, tổnhao phụ và tổn hao cơ

Tổ n hao đồng là công suất mất mát trên dây quấn phần t ĩnh với giả thiết làmật độ dòng điện phân bố đều trên tiết diện của dây dẫn Tổn hao này phụ thuộcvào tr ị số mật độ dòng điện, trọng lượng đồng và thường được tính ở nhiệt độ

75oC

Tổn hao sắt là công suất mất mát trên mạch từ ( gông và răng ) do từ trườngbiến đổi hình sin( ứng với tần số f1) Tổn hao này phụ thuộc trị số t ần số , trọnglượng lõi thép, chất lượng của tôn silic, trình độ công nghệ chế tạo lõi thép

Tổ n hao kích từ là công suất tổn hao trên điện trở của dây quấn kích thích vàcủa các chổi than

Tổn hao phụ bao gồm các phần sau :

a Tổn hao phụ do dòng điện xoáy ở thanh dẫn của các dây quấn Stator vàcác bộ phận khác của máy dưới tác dụng của từ trường tản do dòng điện phần ứngsinh ra

b Tổn hao ở bề mặt cực từ hoặc ở bề mặt của lõi thép Rôtor , máy cực ẩn doStator ( có rãnh và như vậy từ cảm khe hở có sóng điều hoà răng )

c Tổn hao ở răng của Stator do sự đập mạch ngang và dọc do từ thông

chính và do các sóng điều hoà bậc cao với tần số khác

f1 Tổn hao cơ bao gồm :

1.Tổn hao công suất cần thiết để đưa không khí hoặc các chất làm lạnh khác vào các bộ phận của máy

2 Tổn hao công suất do ma sát ở ổ trục và ở bề mặt Rôtor và Stator khi Rôtor quay trong môi chất làm lạnh ( không khí, …)

Ở các máy điện đồng bộ công suất và tốc độ quay khác nhau tỷ lệ phân phối cáctổn hao nói trên không giống nhau Trong các máy phát đ iện đồng bộ bốn cực côngsuất trung bình, tổn hao đồng trong dây quấn phần tĩnh và dây quấn kích từ chiếm tớikhoảng 65% t ổng tổn hao Trong khi tổn hao trong lõi thép Stator ( kể cả tổn haochính và tổn hao phụ ) chỉ chiếm khoảng 14% Trong máy phát điện

12

Trang 20

tuabin nước công su ất l ớn, tốc độ chậm thì tổn hao trong dây quấn phần tĩnh vàtrong dây quấn kích từ chiến khoảng 35%, còn tổn hao trong lõi thép Stator thìchiếm t ới 37% Đối với máy phát tuabin nước tổn hao phui có thể chiếm tới 11%,đối với máy phát tuabin hơi chủ yếu là tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch vàokhoảng 18%

Hiệu suất của các máy điện đồng bộ được xác định theo biểu thức :

η =

P2

P2 + ∑ p

Trong đó P2 – công suất đầu của máy Σp –

tổng tổn hao trong máy

Hiệu suất của các máy phát điện làm lạnh bằng không khí công suất0,5÷3000kW vào khoảng 92÷95%, công suất 3,5÷100000kW vào khoảng 95 ÷97,8% Nếu làm lạnh bằng Hyđrôgen thì hiệu suất cũng có thể tăng khoảng 0,8%

PHẦN II

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ

VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN VÀ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚ C CHỦ YẾU

Những kích thước chủ yếu của máy điện đồng bộ là đường kính trong Stator

D và chiều dài lõi sắt l Mục đích của việc chọn kích thước chủ yếu này là để chếtạo ra máy kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hợp với các tiêu chuẩn của nhànước Kích thước D, l và tỷ lệ giữa chúng quyết định trọng lượng, giá thành, cácđặc tính kinh tế kỹ thuật và độä tin cậy lúc làm việc của máy Vì vậy giai đoạn13

Trang 21

này là giai đoạn rất cơ bản của công việc thiết kế máy điện Mặt khác kích thước

D và l phụ thuộc vào công suất P, tốc độ quay n, tải điện từ A, Bδ của vật liệu tácdụng của máy Việc chọn A và Bδ ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu D

và l Về mặt tiết kiệm nhiên liệu thì nên chọn A và Bδ lớn, nhưng nếu A và Bδquá lớn thì tổn hao đồng và sắt cũng tăng lên, làm máy quá nóng, ảnh hưởng đếntuổi thọ sử dụng máy Do đó khi chọn A và Bδ cần xét đến chất lượng vật liệu sửdụng Nếu dùng vật liệâu sắt từ tốt có thể chọn Bδ lớn Dùng dây đồng có cấpcách điện cao thì có thể chọn A lớn Ngoài ra tỷ số giữa A và Bδ cũng ảnh hưởngđến đặc tính làm việc của máy phát điện vì A đặc trưng cho mạch điện còn Bδđặc trưng cho mạch từ

Các thông số ban đầu :

Công suất định mức máy phát :

Tính toán các thông số cơ bản :

1 Điện áp pha của máy phát :

m = 3

2 Công suất điện từ tính toán P’:

P ' = K E P dm = 1,08.12 = 12,96( kVA)

Trong đ ó KE là hệ số thể hiện mố i quan hệ giữa sức điện động khe hở và điện

áp máy phát Hệ số KE được tính như sau :

K E = Eδ* = cos ϕ dm2 + (sin ϕ dm + x σ2* ) 2 =

= 0,8 2 + (0,6 + 0,125) 2 = 1,08

Với sin ϕ = 1 − cos ϕ dm2 = 1 − 0,8 2 = 0,6

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

Trang 22

14

Trang 23

5 Đường kính trong của Stator :

Theo hình 11.2 [1] với P’ = 12,96 (kVA) và số đôi cực p = 2, đường kính

P’- công suất tính toán (kVA)

kdl - hệ số dây quấn Với máy có P = 12kVA và 2p = 4 thì hệ

số dây quấn nằm trong khoảng 0,91 ÷ 0,92 Do đó chọn kdl = 0,92

Trang 24

D - đường kính trong Stator (cm)15

Trang 25

TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC STATOR,

DÂY QUẤN STATOR

VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ

10 Sơ bộ định chiều dài lõi sắt Stator :

l1' = l δ' = 13,5 ( cm)

11 Với máy có công suất P = 12kVA và có chiều dài lõi sắt l = 13,5cm thì

ta chọn loại thép cán nguội 2211, với chiều dài ngắn lõi sắt có thể épthành một khối, không cần rãnh thông gió

12.Số mạch nhánh song song của dây quấn Stator :

Do dòng điện pha tính ra I = 17,321A < 50A cho nên lấy a = 1 nhánh13.Số rãnh mỗi pha dưới mỗi cực :

Với 2p < 8 thì chọn q là số nguyên trong khoảng q = 3÷ 5, trong đó trị số lớn dùng cho máy có số đôi cực ít Do đó chọn q = 3 rãnh

Trang 26

u

r1 =t1 a1 A = 1,95.1.162= 18, 2 (rãnh)

17,321

I dm

Ta nhận thấy trị số tải đường có giá trị sai số nằm trong phạm vi cho phép

A =1,12% <10% Do đó kết quả này chấp nhận được

19 Chọn tích số AJ1 :

Để dễ dàng làm mát nên chọn kiểu bảo vệ của máy là IP23 Theo hình 10-4d[1] với đường kính Dn = 32,7cm và cách đ iện cấp B nên tra đượ c : AJ1 khálớn Tuy nhiên với máy có P = 12kVA có thể dùng dây dẫn tiết diện tròn

và mật độ dòng điện khi cách điện cấp B có thể đến J1 = (6,9 ÷7,5)A/mm2 đối với máy 2p = 4 Do đó sơ bộ ta chọn tích số AJ1 =

Trong đó : a1 : số mạch nhánh song song Theo ở trên thì a1 = 1 nhánh n1

: số sợi chập Ở đây chọn số sợi chập n1 =3 sợi

Dựa vào phụ lục VI.1 [1] ta chọn tiết diện dây dẫn chuẩn không kể cách

điện :

s = 0,849 (mm2) Đường kính dây không kể cách điện :

dkcđ = 1,04(mm) Đường kính dây kể cả cách điện :

Trang 27

d cđ = 1,12(mm) Tính lại mật độ dòng điện J 1 :

17

Trang 28

J1 = I = 17,321 = 6,801 ( A / mm2 )

a1 n1 s 1.3.0,849

21 Kiểu dây quấn :

Chọn dây quấn hai lớp bước ngắn với y < τ1 bước dây quấn y = 8

Bước cực τ = 17,514(cm)Chiều dài phần ứng lδ = 13,5 ( cm)

Trang 29

18

Trang 30

Trang 31

27 Sơ bộ định chiều rộng của răng :

Trang 33

b'z1=B δ l

1 = 0,690.13,5.1,95 = 0,80 ( cm)

B z1 l1 k c 1,8.13,5.0,95Chọn b’Z1 = 0,98cm

Ở đây lấy mật độ từ thông trên răng Bz1 = 1,8T theo bảng 10.5b [1] và

Chọn chiều cao gông Stator : h’g1 = 3cm

Ở đ ây lấy mật độ từ thông trên gông Bg1 = 1,55T theo bảng 10.5a [1]

Chiều dầy cách điện của nêm : c’ = 2,0mm

Trang 34

20

Trang 35

+

d + d

Trang 36

21

Trang 37

Ta nhận thấy h ệ số lấp đầy nằm trong ph ạm vi cho phép là 0,7 ÷ 0,75 Do

đó các kích thước rãnh chọn như trên là hợp lý

Trang 38

38 Chiều cao gông Stator :

22

Trang 39

g1

c

g 1 1

Trong đ ó : kc –hệ số ép chặt lõi sắt l1 –

chiều dài lõi sắt Stator

Ta nhận thấy mật độ từ thông ở gông Stator đạt yêu cầu Trị số Bg1 tính được

Trong đ ó : J1 = 6,801 A/mm2 – mật độ dòng đi ện Att =

160,21A/cm – tải điện từ tính toán

kf = 1,03 ÷ 1,1 – là hệ s ố tổn hao phụ Chọn kf = 1,1 hr1 = 2,2cm – chiều cao rãnh Stator

hn = c =2,0mm = 0,20cm – chiều cao của nêm

Trang 40

42 Građien nhiệt độ trên cách điện rãnh :

23

Định dạng
Số trang	185
Dung lượng	1,72 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[3] Máy điện II - Vũ Gia Hanh - Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ Nguyễn Văn Sáu.Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2001 [4] Máy điện II - Trần Khánh Hà.Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội 1997	Khác
[5] Công ngh ệ chế tạo máy điện và máy biến áp - Nguyễn Đức Sỹ Nhà xuất bản giáo dục 1995	Khác
[6] Điện tử công suất - Lê Văn Doanh - Nguyễn Thế Công Trần Văn Thịnh.Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2004	Khác
[7] Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất - Trần Văn Thịnh - 2004 [8] Khí cụ điện - Ph ạm Văn Chới - Bùi Tín Hữu - Nguyễn Tiến Tôn.Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2004 [9] 1000 Tranzitor quốc tế - Nguyễn Thế Cường.Viện khoa học Việt Nam _Hà Nội 1987	Khác
[10] Thiết kế cấp đ iện - Ngô Hồ ng Quang - Vũ Văn Tẩm. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội 2005	Khác