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

LÔØI NOÙI ÑAÀU Naêng löôïng laø moät vaán ñeà cöïc kyø quan troïng trong xaõ hoäi ta. ÔÛ baát kyø quoác gia naøo, naêng löôïng noùi chung vaø naêng löôïng ñieän noùi rieâng luoân luoân ñöôïc coi laø nghaønh coâng nghieäp mang tính chaát xöông soáng cho söï phaùt treån cuûa neàn kinh teá. Vieäc saûn xuaát vaø söû duïng ñieän naêng moät caùch hieäu quaû luoân ñöôïc coi troïng moät caùch ñaëc bieät. YÙ nghóa quan troïng vaø cuõng laø muïc tieâu cao caû nhaát cuûa nghaønh coâng nghieäp then choát naøy laø nhaèm naâng cao ñôøi soáng cuûa moãi ngöôøi daân. Xaõ hoäi khoâng nghöøng phaùt trieån, sinh hoaït cuûa nhaân daân khoâng ngöøng ñöôïc naâng cao neân caàn phaûi phaùt trieån nhieàu loaïi maùy ñieän môùi. Toác ñoä phaùt trieån cuûa neàn saûn xuaát coâng noâng nghieäp cuûa moät nöôùc ñoøi hoûi söï phaùt trieån töông öùng cuûa nghaønh coâng nghieäp ñieän löïc. Do ñoù yeâu caàu nghaønh cheá taïo maùy ñieän coù nhöõng yeâu caàu cao hôn. Maùy phaùt ñieän ñoàng boä ñoùng moät vai troø quan troïng trong heä thoáng ñieän, nôi maø tính oån ñònh luoân ñöôïc ñoøi hoûi cao. OÅn ñònh ñöôïc ñieän aùp ñaàu cöïc maùy phaùt laø nhôø vaøo caùc boä oån ñònh ñieän aùp maùy phaùt. Boä ñieàu khieån oån ñònh ñieän aùp maùy phaùt baèng ñieàu khieån doøng hoaëc aùp kích töø ñi vaøo maùy phaùt ñaõ coù moät lòch söû phaùt trieån. Vaøo nhöõng naêm 1920, khi con ngöôøi nhaän thaáy vai troø quan troïng cuûa vieäc oån ñònh quaù trình quaù ñoä cuûa heä thoáng thoâng qua caùc boä ñieàu khieån ñaùp öùng nhanh, caùc thieát keá cho heä thoáng kích töø vaø heä thoáng ñieàu khieån ñieän aùp ñaõ phaùt trieån vaø caûi tieán coâng ngheä khoâng nghöøng . Cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa coâng ngheä kích töø coù vaønh tröôït ñeán khoâng vaønh tröôït, töø thao taùc baèng tay ñeán töï ñoäng hoùa hoaøn toaøn laø söï phaùt trieån cuûa caùc thieát bò ñieän töû coâng suaát nhö Thyristor, caùc loaïi Tranzitor, Triac…Beân caïnh ñoù cuõng hình thaønh caùc boä oån ñònh ñieän aùp. Vôùi yeâu caàu cuûa ñoà aùn “ Thieát keá maùy phaùt ñieän ba pha coâng suaát 12kVA vaø heä thoáng oån ñònh ñieän aùp cho maùy phaùt ” vôùi caùc soá lieäu U = 400V, f = 50Hz, n = 1500vg/ph, Cosj = 0,8. Vôùi coâng suaát 12kVA khoâng phaûi laø quaù lôùn noù seõ raát phuø hôïp laøm nguoàn döï phoøng cho caùc hoä daân caàn söû duïng ñieän moät caùch lieân tuïc ñeå saûn xuaát kinh doanh, hoaëc cuõng coù theå söû duïng cho caùc khu chung cö nhoû, sieâu thò nhoû … Nhöõng maùy phaùt caáp coâng suaát naøy haàu nhö chæ phuïc vuï cho nhöõng nhu caàu veà ñieän moät caùch rieâng leû maø khoâng thöïc söï ñoùng vai troø oån ñònh trong heä thoáng ñieän lôùn. Nhöng em cho raèng vieäc thieát keá moät maùy ñieän nhoû vaø mang tính thieát thöïc naøy raát quan troïng. Noù khoâng chæ ñôn thuaàn cho muïc ñích söû duïng nhoû maø coøn phuïc vuï cho coâng taùc nghieân cöùu nhöõng maùy ñieän côõ lôùn ôû hieän taïi vaø töông lai. Noäi dung ñoà aùn thieát keá bao goàm ba phaàn, möôøi moät chöông : Phaàn I : Giôùi thieäu veà maùy phaùt ñieän xoay chieàu Phaàn II : Thieát keá ñieän töø vaø thieát keá keát caáu maùy phaùt ñieän. Chöông I : Tính toaùn vaø xaùc ñònh kích thöôùc cô baûn cuûa maùy ñieän Chöông II : Tính toaùn daây quaán, raõnh stator vaø khe hôû khoâng khí Chöông III : Tính toaùn cöïc töø Roâtor. Chöông IV : Tính toaùn maïch töø Chöông V : Tính toaùn tham soá cuûa maùy phaùt ñieän ôû cheá ñoä ñònh möùc Chöông VI : Tính toaùn daây quaán vaø thoâng soá maïchï kích töø. Chöông VII : Tính troïng löôïng vaät lieäu, tính toån hao, tính toaùn nhieät. Chöông VIII : Tính toaùn keát caáu. Phaàn III : Thieát keá sô ñoà vaø tính toaùn maïch oån ñònh ñieân aùp maùy phaùt. Chöông I : Khaùi quaùt heä kích töø maùy ñieän ñoàng boä. Chöông II : Tính choïn thieát bò maïch ñoäng löïc. Chöông III : Thieát keá sô ñoà nguyeân lyù maïch ñieàu khieån oån ñònh ñieän aùp. PHAÀN I GIÔÙI THIEÄU VEÀ MAÙY PHAÙT ÑIEÄN XOAY CHIEÀU Maùy ñieän ñoàng boä ñöôïc söû duïng roäng raõi trong coâng nghieäp. Phaïm vi söû duïng chính laø bieán ñoåi cô naêng thaønh ñieän naêng, nghóa laø laøm maùy phaùt ñieän. Ñieän naêng ba pha chuû yeáu duøng trong neàn kinh teá quoác daân vaø trong ñôøi soáng sinh hoaït ñöôïc saûn xuaát töø caùc maùy phaùt ñieän quay baèng tuabin hôi hoaëc khí hoaëc nöôùc. Ngoaøi ra maùy phaùt ñieän coøn ñöôïc keùo caùc ñoäng cô khaùc nhö ñoäng cô Ñieâzel, ñoäng cô xy lanh hôi nöôùc, ñoäng cô chaïy baèng nhieân lieäu Hyñro…ñöôïc cheá taïo vôùi coâng suaát vöøa vaø nhoû nhaèm duøng cho caùc taûi ñòa phöông, duøng laøm maùy phaùt döï phoøng. Ngoaøi ra caùc ñoäng cô ñoàng boä coâng suaát nhoû( ñaëc bieät laø caùc ñoäng cô ñoàng boä kích töø baèng nam chaâm vónh cöûu ) cuõng ñöôïc duøng raát roäng raõi trong caùc trang bò töï ñoäng vaø ñieàu khieån. ÑÒNH NGHÓA VAØ COÂNG DUÏNG I.1 Ñònh nghóa Nhöõng maùy phaùt ñieän xoay chieàu coù toác ñoä quay Roâtor n baèng toác ñoä quay cuûa töø tröôøng n1 goïi laø maùy ñieän ñoàng boä, coù toác ñoä quay Roâtor luoân khoâng ñoåi khi taûi thay ñoåi. I.2 Coâng duïng Maùy phaùt ñieän ñoàng boä laø nguoàn ñieän raát quan troïng cuûa caùc löôùi ñieän coâng nghieäp. Trong ñoù caùc ñoäng cô sô caáp laø caùc tuabin hôi nöôùc hoaëc tuabin nöôùc. Coâng suaát ñôn chieác moãi maùy coù theå ñaït ñeán 1200MW ñoái vôùi maùy phaùt tuabin hôi vaø ñeán 560MW ñoái vôùi maùy phaùt tuabin nöôùc. Caùc löôùi ñieän coâng suaát nhoû, maùy phaùt ñieän ñöôïc keùo bôûi ñoäng cô Ñieâzel hoaëc caùc tuabin khí, chuùng coù theå laøm vieäc rieâng leû hoaëc hai ba maùy laøm vieäc song song vôùi nhau. Caùc maùy phaùt ñieän ñoàng boä haàu heát ñöôïc ñaët ôû caùc traïm phaùt ñieän xoay chieàu, chuùng ñöôïc söû duïng roäng raõi trong moïi lónh vöïc : trong cuoäc soáng, coâng nghieäp, giao thoâng vaän taûi, caùc nguoàn ñieän döï phoøng, ñieän naêng treân caùc phöông tieän di ñoäng… ÑAËC ÑIEÅM VAØ CAÁU TAÏO 1 Ñaëc ñieåm Maùy phaùt ñieän ñoàng boä thöôøng ñöôïc keùo bôûi tuabin hôi hoaëc tuabin nöôùc, vì vaäy chuùng ñöôïc goïi laø maùy phaùt tuabin hôi hoaëc maùy phaùt tuabin nöôùc. Ñoái vôùi maùy phaùt ñieän tuabin hôi, do ñaëc tröng laø toác ñoä cao tôùi vaøi nghìn voøng/phuùt neân maùy phaùt ñieän thöôøng coù keát caáu Roâtor cöïc aån vôùi ñöôøng kính nhoû ñeå giaûm thieåu löïc ly taâm. Vaø ngöôïc laïi, ñoái vôùi maùy phaùt ñieän tuabin nöôùc, toác ñoä thaáp neân thöôøng coù Roâtor cöïc loài, ñöôøng kính coù theå leân tôùi 1,5m tuøy theo coâng suaát cuûa maùy. Maùy phaùt ñieän ba pha thöôøng gaëp nhaát laø maùy phaùt ñieän maø doøng ñieän moät chieàu ñöôïc ñöa vaøo cuoän daây kích töø thoâng qua heä thoáng vaønh tröôït. Cöïc töø cuûa maùy phaùt ñieän ba pha ñöôïc kích thích baèng doøng ñieän moät chieàu vaø ñöôïc ñaët ôû phaàn quay, coøn daây quaán phaàn öùng vôùi ba pha ñöôïc ñaët ôû phaàn tónh vaø noái ra taûi. Cuõng coù theå ñaët cöïc töø ôû phaàn tónh vaø daây quaán phaàn öùng ôû phaàn quay gioáng trong maùy ñieän moät chieàu, maùy ñieän ñoàng boä coâng suaát nhoû, vì söï trao ñoåi vò trí ñoù khoâng laøm thay ñoåi nguyeân lyù laøm vieäc cô baûn cuûa maùy. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy ñieän noùi chung vaø maùy phaùt ñieän ñoàng boä noùi rieâng ñeàu döïa treân ñònh luaät caûm öùng ñieän töø. Nguyeân lyù laøm vieäc cô baûn nhö sau : N A B C Hình 1.1 caáu taïo cuûa Stator. Stator cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä ñoàng boä coù daây quaán ba pha ñöôïc ñaët caùch nhau moät goùc 1200 trong khoâng gian, ñöôïc goïi laø phaàn öùng, caûm öùng ra caùc söùc ñieän ñoäng cung caáp ra taûi ( hình 1.1 ). Coøn Roâtor cuûa maùy phaùt ñieän, vôùi caáu taïo daây quaán cöïc töø ( cöïc loài vôùi ñoái vôùi maùy phaùt coù tuabin toác ñoä thaáp nhö caùc maùy phaùt tuabin nöôùc, caùc maùy phaùt coâng suaát nhoû vaø cöïc aån vôùi tuabin coù toác ñoä cao nhö maùy phaùt Ñieâzel, tuabin hôi vaø khí ) laøm nhieäm vuï taïo ra töø tröôøng phaàn caûm. Khi Roâtor quay vôùi toác ñoä n thì töø tröôøng cöïc töø seõ queùt vaø caûm öùng leân caùc daây quaán phaàn öùng caùc söùc ñieän ñoäng xoay chieàu hình sin laàn löôït leäch pha nhau 1200 theo chu kyø thôøi gian, coù trò soá hieäu duïng laø : EO=4,44.f.Wl.Kdq.F0 Trong ñoù : E0 laø söùc ñieän ñoäng pha. W1 soá voøng daây pha. f taàn soá cuûa maùy phaùt. F0 töø thoâng cöïc töø Roâtor Kdq heä soá daây quaán. Vôùi taàn soá : (1.1) Vôùi p laø soá ñoâi cöïc cuûa maùy. Khi maùy phaùt ñieän ñoàng boä laøm vieäc kheùp kín maïch vôùi taûi, coù doøng ñieän ba pha chaïy trong ba daây quaán leäâch nhau goùc 1200 veà thôøi gian seõ taïo ra töø tröôøng quay vôùi toác ñoä n1 : (1.2) So saùnh (1.1) vaø (1.2) ta thaáy n = n1 , coù nghiaõ laø toác ñoä quay cuûa Roâtor baèng toâc ñoä cuûa töø tröôøng quay. Vì vaäy ta coù maùy phaùt ñieän ñoàng boä. Caáu taïo II.2.1 Maùy cöïc aån Roâtor ñöôïc laøm baèng theùp hôïp kim chaát löôïng cao, ñöôïc reøn thaønh khoái hình truï, treân ñoù ngöôøi ta gia coâng phay ñeå taïo raõnh ñaët daây quaán kích töø. Phaàn khoâng phay raõnh hình thaønh maët cöïc töø. Caùc maùy phaùt ñieän ñoàng boä ba pha cöïc aån thöôøng ñöôïc cheá taïo vôùi soá cöïc 2p = 2 , nhö vaäy toác ñoä quay cuûa Roâtor laø 3000 voøng/phuùt. Ñeå haïn cheá löïc ly taâm trong phaïm vi an toaøn ñoái vôùi theùp hôïp kim cheá taïo thaønh loõi theùp Roâtor, ñöôøng kính D cuûa Roâtor khoâng quaù 1,1 ñeán 1,5meùt. Taêng coâng suaát cuûa maùy baèng caùch taêng chieàu daøi l cuûa loõi theùp. Chieàu daøi toái ña cuûa Roâtor vaøo khoaûng 6,5meùt. Daây quaán kích töø ñaët treân cöïc töø Roâtor ñöôïc cheá taïo töø daây ñoàng traàn, tieát dieän chöõ nhaät quaán theo chieàu moûng thaønh caùc boái daây. Caùc voøng daây cuûa lôùp daây naøy ñöôïc caùch ñieän vôùi nhau baèng moät lôùp mica moûng. Daây quaán kích töø naèm trong raõnh ñöôïc coá ñònh vaø eùp chaët baèng caùc thanh neâm phi töø tính ñöa vaøo mieäng raõnh. Phaàn ñaàu noái ôû ngoaøi ñöôïc ñai chaët baèng caùc oáng truï theùp phi töø tính nhaèm baûo veä choáng laïi löïc ñieän ñoäng do doøng ñieän gaây ra. Hai ñaàu cuûa daây quaán kích töø ñi luoàn trong truïc vaø noái vôùi hai vaønh tröôït ñaët ôû ñaàu truïc thoâng qua hai choåi ñieän, noái vôùi doøng kích töø moät chieàu. Doøng ñieän kích töø moät chieàu thöôøng ñöôïc cung caáp bôûi moät maùy phaùt moät chieàu, hoaëc xoay chieàu ñöôïc chænh löu ( coù hoaëc khoâng coù vaønh tröôït ), noái chung truïc vôùi maùy phaùt ñieän. Stator cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä ba pha cöïc aån bao goàm loõi theùp, trong ñoù coù ñaët daây quaán ba pha, ngoaøi laø thaân vaø voû maùy. Loõi theùp Stator ñöôïc gheùp vaø eùp baèng caùc taám toân silic coù phuû caùch ñieän. Caùc ñöôøng thoâng gioù laøm maùt cho maùy ñöôïc cheá taïo coá ñònh trong thaân maùy ñeå ñaûm baûo ñoä beàn caùch ñieän cuûa daây quaán vaø maùy. II.2.2 Maùy cöïc loài Caùc maùy phaùt ñieän coù toác ñoä quay thaáp thöôøng ñöôïc cheá taïo daïng cöïc loài, neân khaùc vôùi maùy cöïc aån, ñöôøng kính D cuûa Roâtor coù theå leân ñeán 15met trong khi chieàu daøi laïi nhoû vôùi tyû leä l/D = 0,15 – 0,2. Roâtor cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc loài coâng suaát nhoû vaø trung bình coù loõi theùp ñöôïc cheá taïo baèng theùp ñuùc vaø gia coâng thaønh khoái hình truï treân maët coù ñaët cöïc töø. ÔÛ caùc maùy lôùn, loõi theùp ñoù ñöôïc cheá taïo töø caùc taám theùp daøy töø 1 ñeán 6mm, ñöôïc daäp hoaëc ñuùc ñònh hình saün ñeå gheùp thaønh caùc khoái laêng truï vaø loõi theùp naøy thöôøng khoâng tröïc tieáp loàng vaøo truïc cuûa maùy maø ñöôïc ñaët treân giaù ñôõ cuûa Roâtor, giaù naøy ñöôïc loàng vaøo truïc maùy. Hình 1.2 Cöïc töø cuûa maùy phaùt ñoàng boä cöïc loài Cöïc töø ñaët treân loõi theùp Roâtor ñöôïc gheùp baèng nhöõng laù theùp daøy 1 – 1,5mm cheá taïo ñuoâi coù hình T hoaëc baèng caùc buloâng baét xuyeân qua maët cöïc vaø vít chaët vaøo loõi theùp Roâtor. Daây quaán kích töø ñöôïc cheá taïo töø daây ñoàng traàn tieát dieän chöõ nhaät quaán theo chieàu moûng thaønh töøng cuoän daây. Caùch ñieän giöõa caùc voøng daây laø caùc lôùp mica hoaëc amiaêng. Sau khi hoaøn thieän gia coâng, caùc cuoän daây ñöôïc loàng vaøo thaân caùc cöïc töø. Daây quaán caûn cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä ñöôïc ñaët ôû treân caùc ñaàu cöïc coù caáu taïo nhö daây quaán kieåu loàng soùc cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä, nghóa laø laøm baèng caùc thanh ñoàng ñaët vaøo raõnh caùc ñaàu cöïc vaø hai daàu noái vôùi hai vaønh ngaén maïch. Stator cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc loài gioáng cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc aån. Ñeå ñaûm baûo vaän haønh oån ñònh, ngoaøi caùc yeâu caàu chaët cheõ ñoái vôùi keát caáu veà ñieän caùc keát caáu veà cô hoïc vaø heä thoáng laøm maùt cuõng ñöôïc thieát keá cheá taïo phuø hôïp vaø töông thích vôùi töøng loaïi maùy phaùt ñieän, ñaùp öùng ñöôïc moâi tröôøng vaø cheá ñoä laøm vieäc. Maùy phaùt ñieän ñoàng boä laøm maùt baèng gioù coâng suaát nhoû, coù caùc khoang thoâng gioù vaø laøm maùt ñöôïc thieát keá cheá taïo naèm giöõa voû maùy vaø loõi theùp Stator. Ñaàu truïc cuûa maùy ñöôïc gaén moät caùnh quaït gioù ñeå khi quay khoâng khí ñöôïc thoåi qua caùc khoang thoâng gioù naøy. Beân ngoaøi voû maùy cuõng ñöôïc cheá taïo vôùi caùc soáng gaân hoaëc caùnh toaû nhieät nhaèm laøm taêng dieän tích beà maët trao ñoåi nhieät cho maùy. Phoå bieán nhaát laø caùc maùy phaùt ñieän ñoàng boä ñöôïc laøm maùt baèng nöôùc hoaëc baèng khí vaø ñöôïc aùp duïng cho caùc maùy coù coâng suaát töø vaøi chuïc kW trôû leân. Trong tröôøng hôïp maùy phaùt ñieän coù coâng suaát nhoû vaø caàn di ñoäng thì thöôøng duøng Ñieâzel laøm ñoäng cô sô caáp vaø ñöôïc goïi laø maùy phaùt ñieän Ñieâzel. Maùy phaùt ñieän Ñieâzel thöôøng coù caáu taïo cöïc loài. Ñaëc ñieåm khaùc bieät giöõa nhöõng maùy ñieän coâng suaát nhoû vaø maùy ñieän coâng suaát lôùn ngoaøi kích thöôùc cuûa chuùng khaùc nhau thì chuùng coøn khaùc nhau veà hieäu suaát laøm vieäc, giaù thaønh cuûa maùy cuõng nhö giaù ñieän saûn xuaát ra, thôøi gian laøm vieäc cuûa noù… Maùy phaùt ñieän coâng suaát nhoû coù caáu taïo goïn nheï, raát thuaän lôïi ñeå laøm maùy phaùt döï phoøng khi maát ñieän löôùi, nhö maùy phaùt ñieän Ñieâzel coù theå linh ñoäng vaän chuyeån ñi nôi khaùc ñeå phuïc vuï khi caàn thieát. Tuy nhieân maùy ñieän coâng suaát nhoû giaù thaønh khoâng ñöôïc reû vì traùi vôí maùy coù coâng suaát ñôn chieác caøng lôùn thì giaù thaønh treân ñôn vò coâng suaát caøng haï neân noù chöa ñöôc söû duïng phoå bieán maø noù chæ ñöôïc söû duïng ôû nhöõng nôi caàn thieát nhö beänh vieän, truyeàn hình, quaân söï vaø thoâng tin lieân laïc…Ngoaøi ra noù coøn ñöôïc söû duïng ôû moät soá hoä daân caàn ñieän ñeå phuïc vuï saûn xuaát kinh doanh lieân tuïc khi thieáu ñieän löôùi. Hieäu suaát laøm vieäc cuûa maùy ñieän coâng suaát nhoû luoân thaáp hôn nhöõng maùy coâng suaát lôùn. III CAÙC ÑAËC TÍNH CUÛA MAÙY PHAÙT ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ. Ñeå laøm thí nghieäm laáy caùc ñaëc tính cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä thì caàn phaûi coù sô ñoà noái daây cuûa maùy phaùt ñieän. Taûi cuûa maùy phaùt laø toång trôû Z coù theå thay ñoåi. Doøng ñieän kích thích It cuûa maùy ñieän ñöôïc laáy töø nguoàn ñieän beân ngoaøi vaø ñöôïc ñieàu chænh nhôø vaøo bieán trôû rt . Khi vaän haønh thöôøng maùy phaùt ñieän cung caáp cho taûi ñoái xöùng. Cheá ñoä naøy phuï thuoäc vaøo hoä tieâu thuï ñieän naêng noái vôùi maùy phaùt ñieän, coâng suaát caáp cho taûi khoâng vöôït quaù ñònh möùc maø baèng ñònh möùc hoaëc thaáp hôn ñònh möùc moät chuùt. Maët khaùc caùc ñaïi löôïng naøy thoâng qua caùc ñaò löôïng khaùc nhö doøng ñieän, ñieän aùp, doøng kích töø, heä soá Cosj, taàn soá f, toác ñoä quay n. Ñeå phaân tích caùc ñaëc tính cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä ta döïa vaøo ba ñaïi löôïng chuû yeáu laø U, I, it thaønh laäp caùc ñaëc tính sau : Ñaëc tính khoâng taûi E = Uo = f(it) khi I = 0 vaø f = fñm Ñaëc tính ngaén maïch In = f(it) khi U = 0 ; f = fñm Ñaëc tính ngoaøi U = f(It) khi it = const ; cosj = const ; f = fñm Ñaëc tính ñieàu chænh It = f(I) khi U = const ; cosj = const ; f = fñm Ñaëc tính taûi U = f(it) khi I = const ; cosj = const ; f = fñm A MF® V W A A A V V W Z Z Z H×nh 1-7: S¬ ®å ®Êu d©y x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. VRt · · · · · · · · · · · · · · · · Hình b It* E* III.1 Ñaëc tính khoâng taûi E = U0 = f(it) Khi I= 0 vaø f= fñm Ñaëc tính khoâng taûi laø quan heä giöõa söùc ñieän ñoäng E caûm öùng ra cuoän daây Stator vôùi doøng ñieän kích töø khi doøng ñieän taûi baèng khoâng. Trong heä ñôn vò töông ñoái maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc aån vaø maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc loài khaùc nhau khoâng nhieàu, ñaëc tính khoâng taûi ñöôïc hieån thò baèng ñôn vò töông ñoái gioáng nhö treân hình 1.3 E* it* Hình 1.3 Ñaëc tính khoâng taûi maùy phaùt ñieän Trong ñôn vò töông ñoái : vaø Vôùi itñmo laø doøng ñieän khoâng taûi khi U = Uñm III.2 Ñaëc tính ngaén maïch vaø tyû soá ngaén maïch In = f(It) khi U= 0 vaø f = fñm Hình 1.4 Ñoà thò veùc tô vaø maïch ñieän thay theá cuûa maùy phaùt ñieän luùc ngaén maïch Ñaëc tính ngaén maïch laø quan heä giöõa doøng ñieän taûi khi ngaén maïch vaø doøng ñieän kích thích khi ñieän aùp baèng khoâng , taàn soá baèng taàn soá ñònh möùc ( khi daây quaán phaàn öùng ñöôïc noái taét ngay ñaàu maùy). Neáu boû qua ñieän trôû cuûa daây quaán phaàn öùng( rö = 0 ) thì maïch ñieän daây quaán phaàn öùng luùc ngaén maïch laø thuaàn caûm ( y = 90o ) nhö vaäy Iq = cosy = 0 vaø Id = I.siny = 1 Vaø ñoàâ thò veùc tô cuûa maùy phaùt ñieän luùc ñoù nhö treân hình 1.4 . Cuõng töø bieåu thöùc caân baèng söùc ñieän ñoäng : vaø caùc giaû thieát nhö treân ta coù Euñ = +j.I.xd vaø maïch ñieän thay theá cuûa maùy coù daïng nhö treân hình 1.4. Luùc ngaén maïch phaûn öùng phaàn öùng laø khöû töø, maïch töø cuûa maùy khoâng baõo hoaø, vì töø thoâng khe hôû Fd caàn thieát ñeå sinh ra Ed = E – I.xöd = i.xsö raát nhoû. Do ñoù quan heä I = f(it) laø ñöôøng thaúng nhö treân hình 1.5. H×nh 1.5 - §Æc tÝnh ng¾n m¹ch Tyû soá ngaén maïch K laø tyû soá doøng ñieän ngaén maïch Ino öùng vôùi doøng ñieän kích thích sinh ra söùc ñieän ñoäng E = Uñm khi khoâng taûi vôùi doøng ñieän ñònh möùc Iñm, nghóa laø K = trong ñoù Ino = Vôùi xd trò soá baõo hoaø cuûa ñieän khaùng ñoàng boä doïc truïc öùng vôùi E = Uñm . Thay trò soá cuûa Ino vaøo bieåu thöùc cuûa K ta coù : K = . Thöôøng xd* > 1 do ñoù K < 1 vaø doøng ñieän ngaén maïch xaùc laäp Ino < Iñm , vì vaäy coù theå keát luaän raèng doøng ñieän ngaén maïch xaùc laäp cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä khoâng lôùn. Sôû dó nhö vaäy laø do khöû töø raát maïnh cuûa phaûn öùng phaàn öùng. Hình 1.6 Xaùc ñònh tyû soá ngaén maïch K Tyû soá ngaén maïch : K = Trong ñoù : Ito laø doøng ñieän kích thích khi khoâng taûi luùc Uo = Uñm Itn doøng ñieän kích thích luùc ngaén maïch khi I = Iñm Tyû soá ngaén maïch K laø moät tham soá quan troïng cuûa maùy ñieän ñoàng boä. Maùy coù K lôùn coù öu ñieåm cho ñoä thay ñoåi ñieän aùp DU nhoû vaø theo bieåu thöùc Id = Iq = noù seõ sinh ra coâng suaát ñieän töø lôùn khieán cho maùy laøm vieäc oån ñònh khi taûi dao ñoäng. Nhöng muoán K lôùn nghóa laø xd* nhoû, phaûi taêng khe hôû d vaø nhö vaäy ñoøi hoûi phaûi taêng cöôøng daây quaán kích töø vaø töông öùng phaûi taêng kích thöôùc cuûa maùy. Keát quaû laø phaûi duøng nhieàu vaät lieäu hôn vaø giaù thaønh cuûa maùy cao hôn. III.3 Ñaëc tính ngoaøi vaø ñoä thay ñoåi ñieän aùp DUñm cuûa maùy phaùt ñoàng boä Ñaëc tính ngoaøi laø quan heä U = f(I) khi It = const ; cosj = const vaø f =fñm. Hình 1.7 Ñaëc tính ngoaøi cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä Töø hình veõ ta thaáy daïng ñaëc tính ngoaøi phuï thuoäc vaøo tính chaát taûi. Neáu taûi coù tính caûm khi I taêng phaûn öùng khöû töø cuûa phaàn öùng cuõng taêng, ñieän aùp giaûm vaø ñöôøng bieåu dieãn ñi xuoáng. Ngöôïc laïi neáu taûi coù tính dung khi I taêng, phaûn öùng phaàn öùng laø trôï töø, ñieän aùp taêng vaø ñöôøng bieåu dieãn ñi leân. Ñoä thay ñoåi ñieän aùp ñònh möùc DUñm cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä theo ñònh nghóa laø söï thay ñoåi ñieän aùp khi taûi thay ñoåi töø ñònh möùc vôùi cosj = cosjñm ñeán khoâng taûi, trong ñieàu kieän khoâng thay ñoåi doøng ñieän kích thích. Trò soá cuûa DUñm thöôøng bieåu thò theo phaàn traêm cuûa ñieän aùp ñònh möùc, nghóa laø : DUñm% = thoâng soá DUñm% = 25% ¸ 30% III.4 Ñaëc tính ñieàu chænh It = f(I) khi U = const ; cosj = const vaø f =fñm. Ñaëc tính ñieàu chænh laø quan heä cuûa doøng ñieän kích töø vôùi doøng ñieän khoâng taûi ñeå luoân giöõ cho ñieän aùp khoâng ñoåi. Noù cho bieát höôùng ñieàu chænh doøng ñieän It cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä ñeå giöõ cho ñieän aùp ra U ôû ñaàu maùy phaùt ñieän khoâng ñoåi. Hình 1.8 Ñaëc tính ñieàu chænh cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä Ta thaáy vôùi taûi caûm khi I taêng, taùc duïng khöû töø cuûa phaûn öùng phaàn öùng taêng laøm cho ñieän aùp U bò giaûm. Ñeå giöõ cho ñieän aùp U khoâng ñoåi phaûi taêng doøng ñieän töø hoaù it . Ngöôïc laïi, ôû taûi dung khi I taêng, muoán giöõ U khoâng ñoåi phaûi giaûm it . Thoâng thöôøng cosjñm = 0,8 ( thuaàn caûm ), neân töø khoâng taûi ( U = Uñm ; I = Iñm ) phaûi taêng doøng ñieän töø hoaù it khoaûng 1,7 ¸ 2,2 laàn. III.5 Ñaëc tính taûi U = f(it) khi I = const ; cosj = const vaø f =fñm. Ñaëc tính taûi laø quan heä giöõa ñieän aùp ñaàu ra cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä vôùi doøng kích töø khi taûi laø khoâng ñoåi. Vôùi caùc trò soá khaùc nhau cuûa I vaø cosj seõ coù caùc ñaëc tính taûi khaùc nhau, trong ñoù coù yù nghóa nhaát laø ñaëc tính taûi thuaàn caûm öùng vôùi cosj = 0 ( khi j = p/2 ) vaø I = Iñm . Ñaëc tính taûi thuaàn caûm coù theå suy ra ñöôïc töø ñaëc tính khoâng taûi vaø tam giaùc ñieän khaùng. Caùch thaønh laäp tam giaùc ñieän khaùng nhö sau : Hình 1.9 Xaùc ñaëc tính taûi thuaàn caûm töø ñaëc tính khoâng taûi vaø tam giaùc ñieän khaùng. Töø ñaëc tính ngaén maïch (ñöôøng 2 ) ñeå coù trò soá In = Iñm doøng ñieän kích thích itn hoaëc söùc töø ñoäng Ftn caàn thieát baèng Ftn = itn = OC. Nhö ñaõ bieát khi maùy laøm vieäc ôû cheá ñoä ngaén maïch söùc töø ñoäng cuûa cöïc töø Ftn = OC goàm hai phaàn : moät phaàn ñeå khaéc phuïc phaûn öùng khöû töø cuûa phaàn öùng BC = köd.Föd sinh ra Eöd ; phaàn coøn laïi OB = OC – BC seõ sinh ra söùc ñieän ñoäng taûn töø Fsö = Iñm .xsö = AB ( ñieåm A naèm treân ñoaïn thaúng cuûa ñaëc tính khoâng taûi ñöôøng 1 ) vì luùc ñoù maïch töø khoâng baõo hoaø. Tam giaùc ABC ñöôïc hình thaønh nhö treân ñöôïc goïi laø tam giaùc ñieän khaùng. Caùc caïnh BC vaø AB cuûa tam giaùc ñeàu tyû leä vôùi doøng ñieän taûi ñònh möùc Iñm . Ñem tònh tieán tam giaùc ñieän khaùng ABC ( hoaëc tam giaùc OAC ) sao cho ñieåm A töïa treân ñaëc tính khoâng taûi thì ñænh C seõ veõ thaønh ñaëc tính taûi thuaàn caûm ( ñöôøng 3 ). E0 Ed -j.xöd.I - j.xsö.I U O I Hình 1.10 Ñoà thò veùc tô söùc ñieän ñoäng cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä ôû taûi thuaàn caûm Ñeå coù ñöôïc ñaëc tính ñoù phaûi ñieàu chænh rt vaø Z ( khi ñoù phaûi coù cuoän caûm coù theå ñieàu chænh ñöôïc ) sao cho I = Iñm . Daïng cuûa ñaëc tính taûi thuaàn caûm nhö ñöôøng 3 treân hình 1.9 vaø ñoà thò veùc tô töông öùng vôùi cheá ñoä laøm vieäc ñoù khi boû qua trò soá raát nhoû cuûa rö nhö hình 1.10. III.6 Toån hao vaø hieäu suaát cuûa maùy ñieän ñoàng boä Khi laøm vieäc trong maùy coù caùc toån hao ñoàng, toån hao saét, toån hao kích töø, toån hao phuï vaø toån hao cô. Toån hao ñoàng laø coâng suaát maát maùt treân daây quaán phaàn tónh vôùi giaû thieát laø maät ñoä doøng ñieän phaân boá ñeàu treân tieát dieän cuûa daây daãn. Toån hao naøy phuï thuoäc vaøo trò soá maät ñoä doøng ñieän, troïng löôïng ñoàng vaø thöôøng ñöôïc tính ôû nhieät ñoä 75oC. Toån hao saét laø coâng suaát maát maùt treân maïch töø ( goâng vaø raêng ) do töø tröôøng bieán ñoåi hình sin( öùng vôùi taàn soá f1). Toån hao naøy phuï thuoäc trò soá taàn soá, troïng löôïng loõi theùp, chaát löôïng cuûa toân silic, trình ñoä coâng ngheä cheá taïo loõi theùp. Toån hao kích töø laø coâng suaát toån hao treân ñieän trôû cuûa daây quaán kích thích vaø cuûa caùc choåi than. Toån hao phuï bao goàm caùc phaàn sau : Toån hao phuï do doøng ñieän xoaùy ôû thanh daãn cuûa caùc daây quaán Stator vaø caùc boä phaän khaùc cuûa maùy döôùi taùc duïng cuûa töø tröôøng taûn do doøng ñieän phaàn öùng sinh ra. Toån hao ôû beà maët cöïc töø hoaëc ôû beà maët cuûa loõi theùp Roâtor , maùy cöïc aån do Stator ( coù raõnh vaø nhö vaäy töø caûm khe hôû coù soùng ñieàu hoaø raêng ). Toån hao ôû raêng cuûa Stator do söï ñaäp maïch ngang vaø doïc do töø thoâng chính vaø do caùc soùng ñieàu hoaø baäc cao vôùi taàn soá khaùc f1. Toån hao cô bao goàm : 1.Toån hao coâng suaát caàn thieát ñeå ñöa khoâng khí hoaëc caùc chaát laøm laïnh khaùc vaøo caùc boä phaän cuûa maùy. 2. Toån hao coâng suaát do ma saùt ôû oå truïc vaø ôû beà maët Roâtor vaø Stator khi Roâtor quay trong moâi chaát laøm laïnh ( khoâng khí, …) ÔÛ caùc maùy ñieän ñoàng boä coâng suaát vaø toác ñoä quay khaùc nhau tyû leä phaân phoái caùc toån hao noùi treân khoâng gioáng nhau. Trong caùc maùy phaùt ñieän ñoàng boä boán cöïc coâng suaát trung bình, toån hao ñoàng trong daây quaán phaàn tónh vaø daây quaán kích töø chieám tôùi khoaûng 65% toång toån hao. Trong khi toån hao trong loõi theùp Stator ( keå caû toån hao chính vaø toån hao phuï ) chæ chieám khoaûng 14%. Trong maùy phaùt ñieän tuabin nöôùc coâng suaát lôùn, toác ñoä chaäm thì toån hao trong daây quaán phaàn tónh vaø trong daây quaán kích töø chieán khoaûng 35%, coøn toån hao trong loõi theùp Stator thì chieám tôùi 37%. Ñoái vôùi maùy phaùt tuabin nöôùc toån hao phui coù theå chieám tôùi 11%, ñoái vôùi maùy phaùt tuabin hôi chuû yeáu laø toån hao beà maët vaø toån hao ñaäp maïch vaøo khoaûng 18%. Hieäu suaát cuûa caùc maùy ñieän ñoàng boä ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc : h = Trong ñoù P2 – coâng suaát ñaàu cuûa maùy. Sp – toång toån hao trong maùy. Hieäu suaát cuûa caùc maùy phaùt ñieän laøm laïnh baèng khoâng khí coâng suaát 0,5÷3000kW vaøo khoaûng 92÷95%, coâng suaát 3,5÷100000kW vaøo khoaûng 95 ÷ 97,8%. Neáu laøm laïnh baèng Hyñroâgen thì hieäu suaát cuõng coù theå taêng khoaûng 0,8%. PHAÀN II THIEÁT KEÁ TÍNH TOAÙN ÑIEÄN TÖØ VAØ THIEÁT KEÁ KEÁT CAÁU CHÖÔNG I TÍNH TOAÙN VAØ XAÙC ÑÒNH KÍCH THÖÔÙC CHUÛ YEÁU Nhöõng kích thöôùc chuû yeáu cuûa maùy ñieän ñoàng boä laø ñöôøng kính trong Stator D vaø chieàu daøi loõi saét l. Muïc ñích cuûa vieäc choïn kích thöôùc chuû yeáu naøy laø ñeå cheá taïo ra maùy kinh teá hôïp lyù nhaát maø tính naêng phuø hôïp vôùi caùc tieâu chuaån cuûa nhaø nöôùc. Kích thöôùc D, l vaø tyû leä giöõa chuùng quyeát ñònh troïng löôïng, giaù thaønh, caùc ñaëc tính kinh teá kyõ thuaät vaø ñoää tin caäy luùc laøm vieäc cuûa maùy. Vì vaäy giai ñoaïn naøy laø giai ñoaïn raát cô baûn cuûa coâng vieäc thieát keá maùy ñieän. Maët khaùc kích thöôùc D vaø l phuï thuoäc vaøo coâng suaát P, toác ñoä quay n, taûi ñieän töø A, Bd cuûa vaät lieäu taùc duïng cuûa maùy. Vieäc choïn A vaø Bd aûnh höôûng raát nhieàu ñeán kích thöôùc chuû yeáu D vaø l. Veà maët tieát kieäm nhieân lieäu thì neân choïn A vaø Bd lôùn, nhöng neáu A vaø Bd quaù lôùn thì toån hao ñoàng vaø saét cuõng taêng leân, laøm maùy quaù noùng, aûnh höôûng ñeán tuoåi thoï söû duïng maùy. Do ñoù khi choïn A vaø Bd caàn xeùt ñeán chaát löôïng vaät lieäu söû duïng. Neáu duøng vaät lieäâu saét töø toát coù theå choïn Bd lôùn. Duøng daây ñoàng coù caáp caùch ñieän cao thì coù theå choïn A lôùn. Ngoaøi ra tyû soá giöõa A vaø Bd cuõng aûnh höôûng ñeán ñaëc tính laøm vieäc cuûa maùy phaùt ñieän vì A ñaëc tröng cho maïch ñieän coøn Bd ñaëc tröng cho maïch töø. Caùc thoâng soá ban ñaàu : Coâng suaát ñònh möùc maùy phaùt : Pñm = 12kVA Ñieän aùp ñònh möùc : Uñm = 400V Taàn soá : f = 50Hz Toác ñoä ñònh möùc : n = 1500vg/ph Heä soá coâng suaát : cosj = 0,8 Soá pha : m = 3 Tính toaùn caùc thoâng soá cô baûn : Ñieän aùp pha cuûa maùy phaùt : Coâng suaát ñieän töø tính toaùn P’: Trong ñoù KE laø heä soá theå hieän moái quan heä giöõa söùc ñieän ñoäng khe hôû vaø ñieän aùp maùy phaùt. Heä soá KE ñöôïc tính nhö sau : Vôùi Vaø thöôøng ñoái vôùi maùy phaùt thì xs* = 0,06 ¸ 0,15 ta choïn xs* = 0,125 Doøng ñieän pha ñònh möùc : Soá ñoâi cöïc : Ñöôøng kính trong cuûa Stator : Theo hình 11.2 [1] vôùi P’ = 12,96 (kVA) vaø soá ñoâi cöïc p = 2, ñöôøng kính trong Stator baèng : D = 22,3 (cm) Ñöôøng kính ngoaøi loõi saét Stator : Trong ñoù KD ñöôïc xaùc ñònh theo soá ñoâi cöïc KD = 0,66 ¸ 0,7 vôùi 2p = 4. Ta choïn KD = 0,68 Theo baûng 11.2 [1] ta choïn ñöôøng kính ngoaøi Dn = 32,7 (cm). Chieàu cao taâm truïc h = 20 (cm). Böôùc cöïc : Sô boä chieàu daøi tính toaùn cuûa Stator : Trong ñoù : P’- coâng suaát tính toaùn (kVA) kdl - heä soá daây quaán. Vôùi maùy coù P = 12kVA vaø 2p = 4 thì heä soá daây quaán naèm trong khoaûng 0,91 ¸ 0,92. Do ñoù choïn kdl = 0,92 ad - heä soá cung cöïc töø. Choïn ad = 0,66 ks - heä soá daïng soùng. Choïn ks = 1,15 ad.ks - tích soá. ad.ks = 0,75 A - taûi ñöôøng. Theo hình 11.4 [1] vôùi böôùc cöïc t = 17,514(cm) ta coù A = 162 (A/cm) Bd - taûi ñieän töø. Theo hình 11.4 [1] vôùi böôùc cöïc t = 17,514(cm) ta coù Bd = 0,7 (T) D - ñöôøng kính trong Stator (cm) n - toác ñoä dònh möùc (vg/ph) So saùnh tính kinh teá : Ta nhaän thaáy heä soá l naèm trong vuøng kinh teá cuûa hình 11.5 [1].Neân phöông aùn treân laø hôïp lyù. CHÖÔNG II TÍNH TOAÙN KÍCH THÖÔÙC STATOR, DAÂY QUAÁN STATOR VAØ KHE HÔÛ KHOÂNG KHÍ Sô boä ñònh chieàu daøi loõi saét Stator : Vôùi maùy coù coâng suaát P = 12kVA vaø coù chieàu daøi loõi saét l = 13,5cm thì ta choïn loaïi theùp caùn nguoäi 2211, vôùi chieàu daøi ngaén loõi saét coù theå eùp thaønh moät khoái, khoâng caàn raõnh thoâng gioù. 12.Soá maïch nhaùnh song song cuûa daây quaán Stator : Do doøng ñieän pha tính ra I = 17,321A < 50A cho neân laáy a = 1 nhaùnh 13.Soá raõnh moãi pha döôùi moãi cöïc : Vôùi 2p < 8 thì choïn q laø soá nguyeân trong khoaûng q = 3¸ 5, trong ñoù trò soá lôùn duøng cho maùy coù soá ñoâi cöïc ít. Do ñoù choïn q = 3 raõnh. 14.Soá raõnh Stator Z1 : (raõnh) 15. Böôùc raõnh t1 : 16. Soá thanh daãn taùc duïng trong moät raõnh Stator : (raõnh) Choïn soá thanh daãn taùc duïng trong moät raõnh (raõnh) 17. Vôùi ñieän aùp U = 400V, chieàu cao taâm truïc h = 20cm ta choïn daây quaán hai lôùp phaàn töû meàm ñaët vaøo raõnh nöûa kín. 18. Soá voøng daây cuûa moät pha : (voøng) Tính laïi taûi ñöôøng A : Sai soá : DA = Ta nhaän thaáy trò soá taûi ñöôøng coù giaù trò sai soá naèm trong phaïm vi cho pheùp DA =1,12% <10%. Do ñoù keát quaû naøy chaáp nhaän ñöôïc. 19. Choïn tích soá AJ1 : Ñeå deã daøng laøm maùt neân choïn kieåu baûo veä cuûa maùy laø IP23.._. Theo hình 10-4d [1] vôùi ñöôøng kính Dn = 32,7cm vaø caùch ñieän caáp B neân tra ñöôïc : AJ1 khaù lôùn. Tuy nhieân vôùi maùy coù P = 12kVA coù theå duøng daây daãn tieát dieän troøn vaø maät ñoä doøng ñieän khi caùch ñieän caáp B coù theå ñeán J1 = (6,9 ¸ 7,5)A/mm2 ñoái vôùi maùy 2p = 4. Do ñoù sô boä ta choïn tích soá AJ1 = 1279(A2/cm.mm2). Maät ñoä doøng ñieän laø : 20. Tieát dieän daây sô boä : Trong ñoù : a1 : soá maïch nhaùnh song song. Theo ôû treân thì a1 = 1 nhaùnh. n1 : soá sôïi chaäp. ÔÛ ñaây choïn soá sôïi chaäp n1 =3 sôïi. Döïa vaøo phuï luïc VI.1 [1] ta choïn tieát dieän daây daãn chuaån khoâng keå caùch ñieän : s = 0,849 (mm2) Ñöôøng kính daây khoâng keå caùch ñieän : dkcñ = 1,04(mm) Ñöôøng kính daây keå caû caùch ñieän : dcñ = 1,12(mm) Tính laïi maät ñoä doøng ñieän J1 : 21. Kieåu daây quaán : Choïn daây quaán hai lôùp böôùc ngaén vôùi y < t1 böôùc daây quaán y = 8. 22. Heä soá böôùc ngaén : 23. Heä soá böôùc raûi : Trong ñoù : 24. Heä soá daây quaán : 25. Töø thoâng khe hôû khoâng khí : Trong ñoù : KE = 1,08 kdl = 0,946 U1 = 230,94(V) f = 50(Hz) Ks = 1,15 W1 = 108(voøng) 26. Maät ñoä töø thoâng khe hôû khoâng khí : Trong ñoù : Heä soá cung cöïc töø ad = 0,65 Böôùc cöïc t = 17,514(cm) Chieàu daøi phaàn öùng 27. Sô boä ñònh chieàu roäng cuûa raêng : Choïn b’Z1 = 0,98cm. ÔÛ ñaây laáy maät ñoä töø thoâng treân raêng Bz1 = 1,8T theo baûng 10.5b [1] vaø heä soá eùp chaët loõi saét kc = 0,95 theo baûng 2.2 28. Sô boä chieàu cao goâng Stator : Choïn chieàu cao goâng Stator : h’g1 = 3cm ÔÛ ñaây laáy maät ñoä töø thoâng treân goâng Bg1 = 1,55T theo baûng 10.5a [1] . 29. Choïn daïng raõnh Stator : Choïn raõnh Stator coù daïng hình quaû leâ, nöûa kín. Noù coù kích thöôùc vaø caùch ñieän nhö sau : Choïn chieàu cao mieäng raõnh : h41 = 0,5mm Beà roäng mieäng raõnh : b41 = dcñ + 1,5 = 1,08 +1,5 = 2,6mm Chieàu daày caùch ñieän raõnh : c = 0,4mm Chieàu daày caùch ñieän cuûa neâm : c’ = 2,0mm Hình 2.1 Kích thöôùc raõnh Stator 30. Ñöôøng kính d2 cuûa raõnh : Trong ñoù : Chieàu cao mieäng raõnh h41 = 0,5mm = 0,05cm 31. Ñöôøng kính d1 cuûa raõnh : 32. Chieàu cao raõnh : 33. Chieàu cao phaàn thaúng cuûa raõnh : 34. Dieän tích raõnh : 35. Dieän tích caùch ñieän raõnh : Hình 2.2 Caùch ñieän raõnh Stator 1 - taám caùch ñieän phía trong coù chieàu daøy laø 0,4mm (hai lôùp polyeste 0,2mm). 2 - taám caùch ñieän giöõa hai lôùp coù chieàu daøy laø 0,4mm ( hai lôùp polyeste 0,2mm) 3 - taám caùch ñieän phiaù ñaùy troøn nhoû coù chieàu daøy laø 0,2mm 36. Dieän tích coù ích cuûa raõnh : 37. Heä soá laáp daày raõnh : Ta nhaän thaáy heä soá laáp ñaày naèm trong phaïm vi cho pheùp laø 0,7 ¸ 0,75. Do ñoù caùc kích thöôùc raõnh choïn nhö treân laø hôïp lyù. 37. Beà roäng raêng Stator : 38. Chieàu cao goâng Stator : 39. Kieåm tra maät ñoä töø thoâng ôû goâng Stator : Trong ñoù : kc –heä soá eùp chaët loõi saét. l1 –chieàu daøi loõi saét Stator. Ta nhaän thaáy maät ñoä töø thoâng ôû goâng Stator ñaït yeâu caàu. Trò soá Bg1 tính ñöôïc laø 1,378T naèm trong khoaûng 1,2 ¸ 1,45T. 40. Maät ñoä töø thoâng ôû raêng Stator : 41. Beà roäng cuûa raõnh : Vôùi : t1 – böôùc raõnh (cm) bz1 – beà roäng raêng (cm) 41. Ñoä cheânh nhieät treân lôùp caùch ñieän raõnh : Trong ñoù : J1 = 6,801 A/mm2 – maät ñoä doøng ñieän Att = 160,21A/cm – taûi ñieän töø tính toaùn kf = 1,03 ¸ 1,1 – laø heä soá toån hao phuï. Choïn kf = 1,1 hr1 = 2,2cm – chieàu cao raõnh Stator hn = c =2,0mm = 0,20cm – chieàu cao cuûa neâm dc = 0,47 lc = 2,2.10-3 – laø heä soá daãn nhieät qua lôùp caùch ñieän öùng vôùi caùch ñieän raõnh cuûa daây quaán phaàn töû meàm. Ta thaáy ñoä cheânh nhieät treân lôùp caùch ñieän raõnh 9,870C < 350C. Do ñoù keát quaû naøy chaáp nhaän ñöôïc. 42. Grañien nhieät ñoä treân caùch ñieän raõnh : 43. Vôùi ñöôøng kính ngoaøi loõi saét nhoû hôn 1m neân voû maùy laøm baèng gang ñuùc, truïc cuûa maùy laø truïc ngang. 44. Soá gaân baèng : Laáy N’ = 4gaân 45. Chieàu daøy gaân : Choïn chieàu daøy gaân b’= 1cm. 47. Ñeå ñaït ñöôïc boäi soá moâ men cöïc ñaïi ta chon xd* öùng vôùi mmax = 2,2 chon xd* = 1,3 48. Ñeå ñaûm baûo luùc toång laép raùp vaø vaän haønh toát. Vôùi Dn = 32,7<100cm, khe hôû khoâng khí phaûi thoaû maõn quan heä sau : Sô boä xaùc ñònh khe hôû khoâng khí nhö sau : Trong ñoù : Bdo = 0,95T laø maät ñoä töø thoâng khe hôû khoâng khí luùc khoâng taûi ôû ñieän aùp ñònh möùc. Ta coù Bdñm = Bdo.Bd = 0,95.0,7 = 0,665T 49. Laáy khe hôû khoâng khí giöõa cöïc töø : Khe hôû khoâng khí ôû hai ñaàu moõm cöïc töø : Trò soá khe hôû khoâng khí trung bình : CHÖÔNG III TÍNH TOAÙN CÖÏC TÖØ ROÂTOR 50. Chieàu roäng maët cöïc töø : Vôùi maùy nhieàu cöïc thì am = 0,7 ¸ 0,75 . Choïn am = 0,7. 51. Baùn kính maët cöïc töø : 52. Chieàu cao maët cöïc töø : Bôûi vì maùy phaùt naøy laø maùy phaùt coâng suaát nhoû cho neân khoâng nhaát thieát phaûi cheá taïo daây quaán caûn. Döïa vaøo baûng 11.4 [1] vôùi böôùc cöïc t = 17,514cm laáy hm = 1,6(cm). 53. Chieàu daøi thaân cöïc töø vaø moõm cöïc töø : 54. Chieàu daøi tính toaùn cuûa thaân cöïc töø khi laáy chieàu daøi taám maù cöïc : 55. Chieàu cao thaân cöïc töø : 56. Heä soá taûn töø : Trong ñoù : k = 4,9 ñöôïc noäi suy töø baûng 11.3 [1] . 57. Chieàu roäng cöïc töø : Duøng theùp CT3 daày 1mm vôùi heä soá eùp chaët loõi saét kc2 = 0,97 vaø laáy maät ñoä töø thoâng cöïc töø Bc = 1,41T Choïn chieàu roäng cöïc töø baèng : bc = 4cm. 58. Vaän toác daøi ôû beà maët cöïc töø : Vôùi vaän toác ñoù ta coù theå duøng buloâng ñeå giöõ chaët cöïc töø vaø goâng töø. Vôùi maùy coâng suaát nhoû vaø toác ñoä cao goâng gaén lieàn vôùi truïc maùy. 59. Chieàu daøi goâng cöïc töø : Trong ñoù vôùi maùy coâng suaát nhoû laáy Dlg2 = 0. 60. Chieàu cao cuûa goâng Roâtor : ÔÛ ñaây choïn Bg2 = 1,2T Caùc kích thöôùc cuûa cöïc töø ñöôïc theå hieän treân hình III.1 CHÖÔNG IV TÍNH TOAÙN MAÏCH TÖØ Laù theùp loõi saét Stator duøng loaïi caùn nguoäi maõ 2211 daày 0,5mm; cöïc töø laøm baèng theùp taám CT3 daày 1mm. 61. Töø thoâng trong khe hôû khoâng khí : (Wb) Trong ñoù theo hình 4-8a [1] vôùi ;ñaõ choïn vaø ta ñöôïc ks = 1,153 vaø 62. Chieàu daøi tính toaùn chính xaùc loõi saét cuûa Stator : Vôùi : laø trò soá khe hôû trung bình. 63. Maät ñoä töø thoâng khe hôû khoâng khí : Vôùi : 63. Heä soá khe hôû khoâng khí : 64. Söùc töø ñoäng ôû khe hôû khoâng khí theo 4-18 [1] : 65. Maät ñoä töø thoâng ôû raêng Stator : Trong ñoù : bz1 = 0,94cm laø chieàu roäng trung bình cuûa raêng Stator. ld = 13,85cm laø chieàu daøi tính toaùn chính xaùc cuûa loõi saét Stato. l1 = 13,5cm laø chieàu daøi sô boä cuûa loõi saét Stato. 66. Söùc töø ñoäng raêng Stato : Trong ñoù : Hz1(A/cm) : cöôøng ñoä töø tröôøng treân raêng Stato. 67. Maät ñoä töø thoâng treân goâng Stato : 68. Söùc töø ñoäng treân goâng Stator : Trong ñoù : heä soá theå hieän söï khoâng ñoàng ñeàu cuûa töø thoâng doïc theo chieàu daøi maïch töø, ñöôïc tra ôû hình 4-16 [1]. Hg1 (A/cm) cöôøng ñoä töø tröôøng treân goâng Stator. 69. Heä soá töø daãn giöõa beà maët trong cuûa caùc cöïc töø : 70. Heä soá töø daãn giöõa beà maët trong cuûa ñuoâi cöïc töø : Trong ñoù : 71. Heä soá töø daãn taûn giöõa caùc maët beân cuûa cöïc töø : Trong ñoù l’c = 15,5cm laø chieàu daøi tính toaùn cuûa thaân cöïc töø. 72. Toång töø daãn taûn : 73. Söùc töø ñoäng treân khe hôû, raêng Stator vaø goâng töø Stator : 74. Töø thoâng taûn treân cöïc töø : 75. Töø thoâng cöïc töø : 76. Maät ñoä töø thoâng treân cöïc töø : 77. Söùc töø ñoäng cöïc töø : ÔÛ ñaây : 78. Maät ñoä töø thoâng ôû goâng cöïc töø : 79. Söùc töø ñoäng trong goâng Roâtor : Trong ñoù : 80. Söùc töø ñoäng treân Roâtor : 81. Söùc töø ñoäng cuûa daây quaán kích töø döôùi moät ñoâi cöïc : Keát quaû tính toaùn ñöôïc lieät keâ trong baûng sau : Tham soá Ñôn vò E*1 vaø f* 0.5 1 1.1 1.2 1.3 E1 V 115.5 231 254.1 277.2 300.3 f = 0,424.E1.10-4 Wb 0.004902 0.009805 0.010785 0.011766 0.012746 Bd =2,65.E1.10-3 T 0.306 0.612 0.674 0.735 0.796 Fd =8,736.E1 A 1008.3 2016.7 2221 2422 2623 BZ1 =5,94.E1.10-3 T 0.686 1.371 1.51 1.647 1.783 Hz1 A/cm 2.394 8.417 11.5 16.38 25.3 FZ1 =3,6.Hz1 A 8.6 30.3 41.4 59 91.1 Bg1 =5,516.E1.10-3 T 0.637 1.274 1.402 1.529 1.656 l 0.64 0.41 0.35 0.3 0.26 Hg1 = A/cm 1.404 4.798 6.598 9.965 17.8 Fg1 =23,33.l.Hg1 A 21 45.9 53.9 69.7 108 Fdzg =Fd +Fz1+Fg1 A 1037.9 2092.9 2316.3 2550.7 2822.1 fs =0.32.Fdzg.10-6 Wb 0.000332 0.00067 0.000742 0.000817 0.000904 fc =fs +f Wb 0.005234 0.010475 0.011527 0.012583 0.01365 Bc =(7,06.E1+0,0532.Fdzg).10-3 T 0.87 1.742 1.917 2.092 2.27 Hc = A/cm 5.865 50.054 122.364 229.152 329.002 Fc =13,52.Hc A 79.3 676.7 1654.4 3098.1 4448.1 Bg2 =(4,50.E1+0,034.Fdzg).10-3 T 0.555 1.111 1.223 1.335 1.448 Hg2 = A/cm 1.744 11.974 14.034 15.839 17.471 Fg2 =3,81.Hg2 A 6.7 45.9 53.8 60.7 66.9 Fcg2 =Fc +Fg2 A 86 722.6 1708.2 3158.8 4515 Fto =Fdzg + Fcg2 A 1123.9 2815.5 4024.5 5709.5 7337.1 F*to = 0.4 1 1.429 2.03 2.61 CHÖÔNG V THAM SOÁ CUÛA DAÂY QUAÁN STATOR ÔÛ CHEÁ ÑOÄ ÑÒNH MÖÙC 82. Chieàu daøi phaàn ñaàu noái cuûa daây quaán Stator : Trong ñoù laø chieàu roäng trung bình cuûa phaàn töû. Kñ, B laø caùc heä soá cuûa Stator tra theo baûng 3.4 [1] ñöôïc Kñ = 1,3 vaø B = 1 83. Chieàu daøi trung bình cuûa moät voøng daây Stator : 84. Chieàu daøi moät pha daây quaán Stator : 85. Ñieän trôû taùc duïng cuûa moät pha daây quaán : Trong ñoù : laø ñieän trôû suaát cuûa ñoàng ôû nhieät ñoä tính toaùn 75oC. 86. Trò soá töông ñoái cuûa ñieän trôû daây quaán Stator : 87. Heä soá töø taûn raõnh : Trong ñoù : b = d1 = 1,1cm b4 = b41 = 0,26cm h4 = h41 = 0,05cm h1 = hr1–0,1.d2–2.c–c’ = 2,2– 0,1.1,2– 0,04–0,2 = 1,84 (cm) 88. Heä soá töø taûn taïp : 89. Heä soá töø taûn phaàn ñaàu noái : 90. Heä soá töø taûn giöõa caùc ñænh raêng : Trong ñoù : t1 = 1,95cm ñöôïc tra theo hình 4-16 [1]. 91. Toång heä soá töø taûn : 92. Ñieän khaùng taûn Stator : 93. Trò soá töông ñoái ñieän khaùng taûn Stato : 94. Trò soá töông ñoái cuûa ñieän khaùng phaàn öùng doïc truïc : Trong ñoù : kud = 0,87 ñöôïc tra theo hình 11-12 [1]. Theo ñaëc tính khoâng taûi ôû baûng tính phaàn treân vôùi E0* = 1 thì Fd0 = 1008,4A. Vôùi E* = 0,5 thì Fd = 504,2A. 95. Ñieän khaùng phaàn öùng ngang truïc : ÔÛ ñaây : köq = 0,445 ñöôïc tra theo hình 11-12 [1] . kd = 1,373 laø heä soá khe hôû khoâng khí. 96. Ñieän khaùng ñoàng boä doïc truïc : 97. Ñieän khaùng ñoàng boä ngang truïc : 1,25 1,2 1,15 1,1 1,05 Hình IV.1 Quan heä E* = f() 1,5 1 0,5 1,5 1 0 Ed* CHÖÔNG VI TÍNH TOAÙN DAÂY QUAÁN KÍCH TÖØ VAØ CAÙC THAM SOÁ CUÛA MAÏCH KÍCH TÖØ Daây quaán kích töø cuûa maùy ñoàng boä cöïc loài ñöôïc ñaët treân thaân cöïc töø cuûa Roâtor. Vôùi nhöõng maùy coâng suaát döôùi 100KW (2p =4) thöôøng duøng daây ñoàng troøn hay tieát dieän chöõ nhaät coù caùch ñieän baèng men hay sôïi thuyû tinh vaø ñöôïc quaán thaønh moät lôùp hoaëc nhieàu lôùp. 98. Theo baûng tính toaùn ôû treân ta veõ ñöôïc ñaëc tính töø hoaù vaø ñaëc tính trong hình IV.1. Theo ñoà thò veùc tô ôû hình IV.2 vôùi Iñm*, Uñm*, cosjñm ; r1* ; xsö* xaùc ñònh ñöôïc Ed* = 1,067 vaø d = 0,250. Töø hình IV.1 vôùi Ed* = 1,067 coù vaø theo hình 11-13 [1] ñöôïc k’’bñ = 0,96 ; k’’bq = 0,9 ; k’’qñ = 0,00075. f*c = f(F*c) E* = f* = f(Fdzg) fs* = f(F*dzg) Edd* fc* 3 2 1 1,4 1 0,5 0 E* f* Fcg* Fdd* F*öd Fcg* F*tñm F* Hình VI.1 Caùc phaàn cuûa ñaëc tính töø hoaù. 99. Söùc töø ñoäng : Trong ñoù : Theo söùc töø ñoäng ôû ñaëc tính E*d = f(Fdzg), söùc ñieän ñoäng töø ñoù ta xaùc ñònh ñöôïc giaù trò ñaïi soá cuûa . Töø ñoà thò veùc tô vôùi U*ñm, I*ñm, r1*, x*sö, , cosjñm = 0,8 neân j = 36,860 xaùc ñònh ñöôïc q = 17,940. Tính ra Y = j + q = 36,860 + 17,940 = 54,80 ; vaø vaø E*öq = 0,563.0,576= 0,324 Goïi goùc giöõa veùctô E*d vaø veùctô Edd* laø dd thì : dd = q - d = 17,94 - 0,25=17,690. Töø ñoà thò veùc tô IV.2 vôùi Ed* = 1,067; E*öq = 0,324; dd = 17,690 xaùc ñònh ñöôïc E*dd = E*d.cosdd = 1,067.cos17,690 = 1,017. Töông öùng treân hình VI.1 (caùc phaàn cuûa ñaëc tính töø hoaù ) theo ñöôøng cong khoâng taûi ta coù vôùi ñöôïc . 100. Söùc töø ñoäng phaûn öùng phaàn öùng doïc truïc : = Vôùi söùc töø ñoäng toång töø ñaëc tính ñöôïc . Töø thoâng cöïc töø : . Töø ñaëc tính vôùi ñöôïc . 101. Söùùc töø ñoäng ñònh möùc cuûa daây quaán kích töø ( trò soá töông ñoái ) : . 102. Söùc töø ñoäng ñònh möùc cuûa daây quaán kích töø : 103. Chieàu daøi trung bình moät voøng daây cuûa daây quaán kích töø : ÔÛ ñaây : . b’ : xaùc ñònh theo bc . Vôùi bc = 4cm choïn b’ = 1cm. : chieàu daày caùch ñieän vaø khe hôû. Choïn . b = 0,06.t = 0,06.17,514 = 0,88 (cm). Choïn r = 1,5cm laø baùn kính daây quaán kích töø taïi caùc goùc cöïc töø. Söû duïng boä kích töø Thyristor coù ñieän aùp Utñm = 65V; ñieän aùp ñaàu cöïc daây quaán kích töø U’t = 63V. 104. Tieát dieän daây quaán kích töø sô boä ÔÛ ñaây : - ñieän trôû suaát cuûa ñoàng ôû nhieät ñoä laøm vieäc. p : soá ñoâi cöïc. lttb : chieàu daøi trung bình cuûa moät voøng daây. Ut’ : ñieän aùp ñaët leân ñaàu cöïc daây quaán kích töø. Vôùi tieát dieän daây quaán kích töø nhö treân ta choïn daây quaán laø daây coù tieát dieän troøn . 105. Doøng ñieän kích töø : Trong ñoù ñoái vôùi daây quaán kích töø nhieàu lôùp, caùch ñieän caáp B choïn maät ñoä doøng ñieän . 106. Soá voøng daây cuoän kích töø döôùi moät cöïc : . Choïn kích thöôùc daây daãn kích töø baèng ñoàng theo thieâu chuaån, choïn daây daãn troøn cuûa Nga kyù hieäu PETV vôùi caùc kích thöôùc nhö sau : Tieát dieän daây chuaån : st = 2,38mm2. Ñöôøng kính daây daãn khoâng keå caùch ñieän : dKcñ = 1,74mm. Ñöôøng kính daây daãn keå caû caùch ñieän : dcñ = 1,825mm. 107. Khoaûng caùch beù nhaát giöõa hai cuoän daây kích töø : Trong ñoù : : chieàu daøy caùch ñieän vaø khe hôû. : khe hôû khoâng khí giöõa cöïc töø. hm = 1,6cm : chieàu cao maët cöïc töø ñaõ choïn. hc = 5,16cm : chieàu cao thaân cöïc töø. bc = 4cm : chieàu roäng cuûa cöïc töø ñaõ choïn. Hình VI.2 Roâtor maùy ñieän ñoàng boä coâng suaát nhoû. 108.Soá voøng daây treân moät lôùp trong cuøng cuûa daây quaán kích töø theo chieàu cao cöïc töø : (voøng). Vaäy voøng. Trong ñoù : : caùch ñieän vôùi ñaàu cöïc vaø goâng töø. dcñ = 1,825mm : kích thöôùc daây daãn keå caû caùch ñieän. 109. Soá lôùp cuûa daây quaán kích töø treân moät cöïc : Vôùi lôùp daây quaán ñaàu tieân coù 27voøng, ta choïn : Lôùp thöù hai coù : 27 - 2 = 25 voøng. Töông töï lôùp thöù ba coù : 27 - 4 = 23 voøng. Lôùp thöù tö coù : 27 - 6 = 21 vaoøng. Lôùp thöù naêm coù : 27 - 8 = 19 voøng. Lôùp thöù thöù saùu coù : 27 - 10 = 17 voøng. Lôùp thöù baûy coù : 27 - 12 = 15 voøng. Lôùp thöù taùm coù : 27 - 14 = 13 voøng. Lôùp thöù chín coù : 27 - 15 = 12 voøng. Lôùp thöù möôøi coù : 172 - 27 - 25 - 23 - 21 - 19 - 17 - 15 - 13 - 12 = 0 voøng. Vaäy daây quaán kích töø coù 172 voøng , ñöôïc quaán thaønh m = 9 lôùp. 10. Tính laïi maät ñoä doøng ñieän trong daây quaán kích töø : 112. Toång chieàu daøi daây quaán kích töø tính toaùn döôùi moät cöïc : . 113. Ñoä taêng nhieät cuûa daây quaán kích töø : ÔÛ ñaây : Ftñm =6067,4A : söùc töø ñoäng kích töø ñònh möùc. Jt =3,7A/mm2 : maät ñoä doøng ñieän trong daây quaán kích töø. : chieàu daøy caùch ñieän moät phía cuûa daây quaán kích töø. C = 4,93cm : chieàu cao cuûa lôùp daây quaán kích töø trong cuøng. vr = 17,5m/s : vaän toác beà maët cöïc töø (muïc 58 chöông III). Ta nhaän thaáy ñoä cheânh nhieät tính ra . Ñoái vôùi caùch ñieän caáp B nhö vaäy laø hoaøn toaøn hôïp lyù. 114. Chieàu cao chính xaùc cuûa thaân cöïc töø : Ta nhaän thaáy chieàu cao naøy chæ lôùn hôn chieàu cao giaû thieát ban ñaàu 5,16cm laø 1,55% neân khoâng phaûi tính laïi söùc töø ñoäng treân cöïc töø. 115. Ñieän trôû cuûa daây quaán kích töø : Trong ñoù : : ñieän trôû suaát cuûa ñoàng ñoái vôùi caùch ñieän caáp B. Wt1 = 172voøng. lttb = 0,342m. Ñieän trôû cuûa daây quaán kích töø ôû nhieät ñoä laøm vieäc 750C : Ñieän aùp ôû ñaàu cöïc cuoän daây kích töø khi taûi ñònh möùc vaø nhieät ñoä : Heä soá döï tröõ kích töø : . ÔÛ ñaây : : ñieän aùp rôi treân choåi than. Coâng suaát kích töø ñònh möùc : . Ñieän khaùng cuûa daây quaán kích töø : Trong ñoù : xöd* = 0,928 kmo =1,11 köd = 0,87 Fdo = 2016,7A lc = 15,5cm Fo = 0,009805Wb Vôùi ñöôïc tính ôû caùc muïc 69; 70; 71. Ñieän khaùng taûn cuûa daây quaán kích töø : . Ñieän trôû töông ñoái cuûa daây quaán kích töø ôû nhieät ñoä 70oC : . ÔÛ ñaây : ltb = 39cm chieàu daøi trung bình moät voøng daây quaán kích töø. Föñm = 2´1194,5A laø söùc töø ñoäng döôùi moät ñoâi cöïc. CHÖÔNG VII TÍNH KHOÁI LÖÔÏNG, TÍNH TOÅN HAO VAØ TÍNH TOAÙN NHIEÄT Troïng löôïng vaät lieäu taùc duïng. Troïng löôïng raêng loõi saét Stator : Vôùi : hr1 = 2,2cm laø chieàu cao cuûa raõnh Stator. bztb = 0,94cm laø beà roäng raêng trung bình. Troïng löôïng goâng loõi saét Stator : Vôùi : hg1 = 3cm laø chieàu cao cuûa goâng loõi theùp Stator. Troïng löôïng ñoàng daây quaán Stator : Vôùi : ltb1 = 73,4cm laø chieàu daøi trung bình cuûa moät voøng daây Stator. Troïng löôïng ñoàng cuûa daây quaán kích töø : Troïng löôïng saét cuûa cöïc töø : Troïng löôïng saét cuûa goâng Roâtor : Toaøn boä troïng löôïng ñoàng : Toaøn boä troïng löôïng theùp : Toån hao vaø hieäu suaát. Toån hao ñoàng treân daây quaán Stator : Toån hao treân daây quaán kích töø : Toån hao saét trong goâng Stator : Trong ñoù : kgcg = 1,3 laø heä soá gia coâng ñoái vôùi goâng. P1/50 = 2,5W/kg laø suaát toån hao theùp ôû taàn soá töø hoaù f = 50Hz vaø maät ñoä töø thoâng B = 1T. Bg1 = 1,378T maät ñoä töø thoâng treân goâng Stator. Toån hao saét trong raêng Stator : Trong ñoù : kgcz = 1,7 laø heä soá gia coâng ñoái vôùi raêng. Bz1 = 1,507T maät ñoä töø thoâng treân raêng Stator. Toån hao cô : Trong ñoù : vr =17,5m/s laø toác ñoä cöïc töø. Toån hao beà maët treân beà maët cöïc töø : Trong ñoù : : suaát toån hao beà maët trung bình. ko = 1,4 : heä soá kinh nghieäm. t1 =1,95cm : böôùc raêng. . Vôùi tra theo ñöôøng cong hình 6-1 [1] ta ñöôïc . Toån hao phuï khi coù taûi : Vôùi coâng suaát taùc duïng ñònh möùc : . Toång toån hao luùc taûi ñònh möùc : Hieäu suaát cuûa maùy phaùt : . Ñoä taêng nhieät cuûa daây quaán Stator. Doøng nhieät qua beà maët trong cuûa Stator : Vôùi : ñieän trôû suaát cuûa daây daãn ôû nhieät ñoä cho pheùp. A = 160,21(A/cm) taûi ñöôøng. PFe1 : toån hao saét luùc khoâng taûi (kW). PFe1 = PFeg1 + PFez1 + Pbm = 0,1728+0,0719+0,025 =0,2697(kW) J = 6,801A/mm2 maät ñoä doøng ñieän trong daây quaán Stator. Heä soá taûn nhieät beà maët : Vôùi neân choïn v : vaän toác beà maët Roâtor (m/s). Ñoä taêng nhieät cuûa maët ngoaøi loõi saét Stator so vôùi moâi tröôøng : Doøng nhieät qua phaàn ñaàu noái daây quaán : Vôùi : C1 = 7,91cm laø chu vi raõnh Stator. Ñoä taêng nhieät cuûa maët ngoaøi ñaàu noái daây quaán Stator so vôùi nhieät ñoä moâi tröôøng : Vôùi ta choïn . Ñoä taêng nhieät treân lôùp caùch ñieän raõnh : . Ñoä taêng nhieät trung bình cuûa daây quaán Stator : Ñaëc tính cuûa maùy phaùt. Naêng löïc quaù taûi tónh : Vôùi söùc töø ñoäng kích töø ñònh möùc Ftñm* = 2,155; töø ñaëc tính khoâng taûi ta ñöôïc Eo* = 1,83. Theo hình 11-29 saùch thieát keá maùy ñieän, vôùi Tra ñöôïc k = 1,046. Ñaëc tính goùc M = f(q) theo hình : 150 120 90 180 60 30 2 1,5 1 0,5 0 M* q Hình VII.1 Ñaëc tính goùc. CHÖÔNG VIII TÍNH TOAÙN KEÁT CAÁU Ngoaøi vieäc phaûi chòu toaøn boä troïng löôïng cuûa Roâtor ra, truïc coøn chòu moâ men xoaén vaø moâ men uoán trong quaù trình truyeàn ñoäng taûi. Ngoaøi ra cuõng caàn chuù yù ñeán löïc töø moät phía do khe hôû khoâng khí khoâng ñeàu sinh ra. Cuoái cuøng truïc coøn phaûi chòu löïc do caân baèng ñoäng khoâng toát gaây neân, nhaát laø khi quaù toác ñoä giôùi haïn. Vôùi caùc kích thöôùc chuû yeáu : -Ñöôøng kính trong loõi saét Stato D = 22,3(cm). -Chieàu daøi loõi saét Stator : l = 13,5(cm). 148. Ñöôøng kính truïc ôû choã ñaët loõi saét coù theå choïn gaàn ñuùng theo : Trong ñoù D' laø ñöôøng kính ngoaøi cöïc töø Roâtor. Ñöôïc tính theo : Vôùi d = 0,15cm : chieàu roäng cuûa khe hôû khoâng khí. Truïc ñöôïc cheá taïo baèng theùp toát, choïn theùp soá 40. Ñoái vôùi ñöôøng kính chöa ñeán 100mm theo [1] thì neân duøng phoâi lieäu laø theùp caùn. Treân truïc coù nhieàu baäc. Tuy nhieân ñoái vôùi ñöôøng kính truïc 5,5cm neân gia coâng ñöôøng kính caùc baäc thang keà nhau khaùc nhau raát ít ñeå taêng cöôøng söùc beàn cuûa truïc vaø tính kinh teá luùc gia coâng. 149. Moâ men quay cuûa truïc : 150. Caùc kích thöôùc ñöôïc tieâu chuaån hoùa theo baûng III cuûa [1] : Vôùi moâ men quay M = 61,12N.m ta coù kích thöôùc ñaàu truïc maùy ñieän : Ñöôøng kính d1 : d1 = 3,8(cm). Chieàu daøi l1 : l1 = 8(cm). 151. Vôùi chieàu cao taâm truïc h = 20(cm) ta choïn caùc kích thöôùc khaùc cuûa maùy nhö sau : Khoaûng caùch baét buloâng giöõa hai chaân ñeá theo höôùng truïc : b10 = 318(mm) = 31,8(cm). Khoaûng caùch baét buloâng giöõa hai chaân ñeá theo höôùng kính : l10 = 267(mm) = 26,7(cm). l31 =133(mm) = 13,3(cm). Ñöôøng kính loã chaân ñeá : d10 = 19(mm) = 1,9(cm). 152. Tính toaùn truïc. a. Tính ñoä voõng cuûa truïc . 153. Troïng löôïng cuûa Roâtor theo (9-1) cuûa [1] : Vôùi D' = 22cm ñöôøng kính ngoaøi loõi saét Roâtor. l = 13,5cm chieàu daøi loõi saêt Roâtor. Vì ñaây laø maùy coù coâng suaát khaù beù cho neân ta coù theå boû qua ñöôøng kính vaø chieàu daøi cuûa coå goùp. 154. Moâ men xoaén ñaàu truïc ñònh möùc : 155. Löïc keùo ñaàu truïc : Trong ñoù Ro = d1/2 = 3,8/2 =1,9(cm) laø baùn kính cuûa truïc noái. k2 = 0,3 vì truyeàn ñoäng baèng noái tröïc tieáp. Treân truïc coù caùc löïc taùc duïng sau : -Troïng löôïng G do baûn thaân loõi saét vaø daây quaán sinh ra. G + Q0 P A B -Troïng löôïng K cuûa caùc boä phaän khaùc nhö coå goùp, caùnh quaït, löïc keùo ñaàu truïc P do phöông thöùc truyeàn ñoäng gaây neân, löïc töø moät phía do khe hôû khoâng khí khoâng ñeàu sinh ra. Thöïc teá thì caùc löïc taùc duïng leân truïc ôû caùc vò trí khaùc nhau nhöng ñeå ñôn giaûn coi nhö chuùng chæ taùc duïng leân cuøng moät choã. Hình VIII.1 Bieåu ñoà löïc tính toaùn. 1a 2a 3a 4a ñoaïn a 3b 2b 1b ñoaïn b ñoaïn c x1 x2 x3 x4 a y1 y1 y3 b l B A do Hình VIII.2 Caùc kíc thöôùc ñeå tính toaùn truïc. Phaàn beân phaûi truïc : Tieát dieän d1 Ji yi yi3 yi3-y3i-1 yi3-y3i-1 /Ji yi2 yi2-y2i-1 yi2-y2i-1 /Ji (cm) (cm4) (cm) (cm3) (cm3) (cm-1) (cm2) (cm2) (cm2) 1b 3.8 10.235 2.4 13.824 13.824 1.351 5.76 5.76 0.563 2b 4.4 18.398 5 125 111.176 6.043 25 19.24 1.046 3b 5 30.68 7 343 231.824 7.556 49 29.76 0.97 b 5.5 44.918 13.75 2599.61 2367.785 52.714 189.06 159.303 3.547 Sb = 67.66 So = 6.13 Phaàn beân traùi truïc : Tieát dieän d1 Ji xi xi3 xi3-x3i-1 xi3-x3i-1 /Ji (cm) (cm4) (cm) (cm3) (cm3) (cm-1) 1a 3.8 10.235 2.4 13.824 13.824 1.351 2a 4.2 15.275 4 64 50.176 3.285 3a 4.6 21.979 16 4096 4045.824 184.077 4a 4.8 26.058 17 4913 867.176 33.279 a 5.5 44.918 24.75 15160.9 14293.746 318.219 Sa = 540.211 156. Ñoä voõng truïc fG do troïng löôïng cuûa Roâtor gaây neân : Trong ñoù E = 2,1.106 (Kg/cm2) laø moâ men ñaøn tính cuûa theùp. Sb = 67,66. Sa = 540,211. l = a + b = 24,75 + 13,75 = 38,5(cm). 157. Ñoä voõng truïc fP do löïc ñaàu truïc P gaây neân : Trong ñoù : So = 6,13. 158. Ñoä leäch taâm ban ñaàu : 159. Löïc töø moät phía ban ñaàu : 160. Ñoä voõng fM do löïc töø moät phía gaây ra : Trong ñoù : 161. Ñoä voõng toång coäng : 161. Toác ñoä giôùi haïn : (voøng/phuùt). Toác ñoä naøy cao hôn haún toác ñoä ñònh möùc neân ñoä cöùng cuûa truïc ñaït yeâu caàu. PHAÀN III THIEÁT KEÁ SÔ ÑOÀ VAØ TÍNH TOAÙN MAÏCH OÅN ÑÒNH ÑIEÄÂN AÙP MAÙY PHAÙT CHÖÔNG I KHAÙI QUAÙT HEÄ KÍCH TÖØ MAÙY ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ I.1 Ñaïi cöông Ñieän naêng cung caáp cho caùc phuï taûi phaûi coù chaát löôïng ñaûm baûo ñeå khoâng aûnh höôûng nhieàu ñeán caùc chæ tieâu kinh teá vaø kyõ thuaät cuûa chuùng. Ñeå coù ñöôïc chaát löôïng ñieän ñaûm baûo nhö vaäy thì trò soá cuûa hai ñaïi löôïng taàn soá vaø ñieän aùp phaûi naèm trong giôùi haïn quy ñònh bôûi caùc tieâu chuaån. Ñieän aùp ñaàu cöïc maùy phaùt ñieän UF luoân thay ñoåi so vôùi trò soá ñònh möùc khi phuï taûi thay ñoåi nhö ñoùng caét ñoät ngoät caùc phuï taûi, caét ñöôøng daây hoaëc maùy bieán aùp ñang mang taûi, caét maùy phaùt ñieän ñang mang taûi. Khi coù söï thay ñoåi cuûa phuï taûi treân hoaëc coù caùc söï coá ngaén maïch ñieän aùp ôû ñaàu cöïc cuûa maùy phaùt bò suït giaûm, heä thoáng bò maát oån ñònh gaây nhieàu haäu quaû nghieâm troïng nhö caùc ñoäng cô ñang vaän haønh seõ quay chaäm laïi hoaëc ngöøng haún, aûnh höôûng ñeán caùc chæ tieâu kinh teá kyõ thuaät cuûa chuùng; heä thoáng aùnh saùng khoâng oån ñònh. Vì vaäy vaán ñeà töï ñoäng oån ñònh ñieän aùp maùy phaùt laø moät vaán ñeà caàn thieát ñoái vôùi moïi maùy phaùt ñieän ñoàng boä. Ñeå oån ñònh ñieän aùp maùy phaùt phaûi taùc ñoäng vaøo heä thoáng kích töø cuûa noù. Kích töø laø moät yeáu toá raát quan troïng cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä. Ta bieát raèng ñieän aùp ñöôïc thaønh laäp treân ñaàu cöïc maùy phaùt chính laø nhôø doøng kích töø neân tính chaát laøm vieäc oån ñònh vaø ñaûm baûo cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä phuï thuoäc raát nhieàu vaøo tính laøm vieäc cuûa heä thoâùng kích töø. Trong cheá ñoä laøm vieäc bình thöôøng ñieàu chænh doøng kích töø seõ ñieàu chænh ñöôïc ñieän aùp ñaàu cöïc maùy phaùt, thay ñoåi coâng suaát phaûn khaùng vaøo löôùi.. Hieäu quaû thöïc hieän caùc nhieäm vuï treân phuï thuoäc vaøo thoâng soá cuûa heä thoáng kích töø cuõng nhö keát caáu cuûa boä phaän töï ñoäng ñieàu chænh kích töø. I.2 Caùc loaïi heä kích töø maùy ñoàng boä. I.2.1 Heä kích töø duøng maùy kích töø moät chieàu. Trong maùy kích töø KT coù daây quaán kích thích song song Ls vaø daây quaán kích thích ñoäc laäp Ln ñöôïc noái cuøng truïc vôùi maùy ñoàng boä. Doøng kích töø It ñöôïc ñöa vaøo daây quaán kích töø coù ñieän trôû RT thoâng qua vaønh tröôït vaø choåi ñieän. Ln Ls KT RT Ut ÑB U It Hình I.1 Heä kích töø duøng maùy kích thích moät chieàu. I.2.2 Heä kích töø duøng maùy kích töø KT xoay chieàu keát hôïp vôùi boä chænh löu CL. Coù hai phöông aùn : Hình a, maùy kích töø xoay chieàu coù phaàn caûm quay, phaàn öùng tónh vaø hình b, maùy kích töø xoay chieàu coù phaàn caûm tónh, phaàn öùng quay. Ôû ñaây phaàn quay vaø phaàn tónh ñöôïc trình baøy taùch bieät baèng ñöôøng phaân ranh giôùi thaúng ñöùng. Muoán doøng ñieän ñi qua ñöôøng phaân ranh giôùi ñoù caàn phaûi coù vaønh tröôït vaø choåi ñieän. Roõ raøng laø phöông aùn b khoâng ñoøi hoûi coù vaønh tröôït vaø choåi ñieän. Öu ñieåm ñoù raát quan troïng ñoái vôùi nhöõng maùy ñoàng boä coâng suaát lôùn caàn doøng kích töø maïnh. Tuy nhieân giaûi phaùp naøy keùo theo nhöõng khoù khaên veà cheá taïo phaàn öùng quay ( so vôùi phaàn caûm quay ). Hôn nöõa, caùc Diod chænh löu phaûi chòu caùc löïc ly taâm lôùn vaø phaûi ñöôïc ñaët sao cho Roâtor ñaûm baûo caân baèng ñoäng. Ut It ÑB U CL KT A B ° ° Phaàn tónh Phaàn quay a b Ut It CL KT ÑB U A B ° ° Phaàn tónh Phaàn quay Hình I.2 Heä kích töø maùy phaùt xoay chieàu - chænh löu. ÔÛû ñaây maùy kích töø xoay chieàu ñöôïc noái truïc vôùi maùy phaùt ñoàng boä. Doøng ñieän phaàn caûm cuûa maùy kích töø ñieàu chænh tröïc tieáp doøng kích töø It. Duøng Thyristor chænh löu seõ laøm taêng nhanh ñaùp öùng ñieàu khieån nhöng ñoái vôùi phöông aùn b khoù khaên gaëp phaûi laø vaán ñeà truyeàn tín hieäu ñieàu khieån vaøo Thyristor quay. I.2.3 Heä töï kích thích. Nguoàn caáp kích töø laáy töø ñaàu ra maùy phaùt chính. Söû duïng TU, TI vaø caùc baùn daãn coù ñieàu khieån ñeå ñieàu khieån It. TÑK CLÑ CL F TI TU Cf Phaàn quay Hình I.3Heä thoáng kích töø khoâng vaønh tröôït. Trong heä thoáng naøy ngöôøi ta duøng moät maùy phaùt ñieän xoay chieàu ba pha quay cuøng truïc vôùi maùy phaùt ñieän chính laøm nguoàn cung caáp. Maùy phaùt xoay chieàu coù keát caáu ñaëc bieät. Cuoän kích töø ñaët ôû Stator coøn cuoän daây ba pha laïi ñaët ôû Roâtor. Doøng ñieäïn xoay chieàu ba pha taïo ra ôû maùy phaùt ñieän kích thích ñöôïc chænh löu thaønh doøng moät chieàu nhôø boä chænh löu CL. Nhôø vaäy cuoän kích töø Cf cuûa maùy phaùt ñieän chính coù theå nhaän ñöôïc doøng ñieän moät chieàu khoâng qua vaønh tröôït vaø choåi ñieän. Cuoän daây kích töø cuûa maùy phaùt kích thích ( ñaët ôû Stator) ñöôïc cung caáp doøng ñieän thoâng qua boä chænh löu khaùc (thöôøng laø chænh löu coù ñieàu khieån ). Trong quaù trình vaän haønh cuûa maùy phaùt ñieän, khi xaûy ra caùc bieán ñoåi ñoät ngoät sô ñoà noái ñieän, phuï taûi vaø caùc söï coá ngaét maïch thì TÑK taùc ñoäng tröïc tieáp vaøo cöïc ñieàu khieån cuûa CL laøm thay ñoåi doøng kích töø cuûa maùy phaùt kích thích nhaèm muïc ñích ñieàu chænh doøng If cuûa maùy phaùt ñieän chính F ñeå giöõ ñieän aùp treân ñaàu cöïc maùy phaùt khoâng bò giaûm thaáp quaù möùc cho pheùp hoaëc cao möùc quy ñònh hay noùi caùch khaùc ñieän aùp ñaàu cöïc maùy phaùt ñöôïc giöõ oån ñònh. I.2.4 Heä thoáng kích töø chænh löu coù ñieàu khieån. Ñeå cho ñieän aùp kích töø giôùi haïn lôùn thì toác ñoä taêng ñieän aùp kích töø caøng nhanh. Töùc laø haèng soá thôøi gian cuûa heä thoâng kích töø nhoû, haèng soá maøy phuï thuoäc tín hieäu ra cuûa boä TÑK vaø heä thoáng kích töø cuï theå. Chính vì theá vôùi heä thoáng kích töø duøng chænh löu coù ñieàu khieån xung ñieàu khieån nhôø taùc ñoäng cuûa TÑK nhaän tín hieäu töø ñaàu ra cuûa maùy phaùt thay ñoåi tröïc tieáp vaøo ñieän aùp kích töø cuûa maùy phaùt. TÑK CLÑ If F TI TU Cf Hình I.4 Heä thoáng kích töø duøng chænh löu coù ñieàu khieån. Vôùi sô ñoà naøy doøng moät chieàu cung caáp cho cuoän kích töø laáy ñieän aùp tröïc tieáp ôû ñaàu cöïc maùy phaùt ñieän qua chænh löu coù ñieàu khieån. Chænh löu naøy duø._.