Đồ án Quá trình tham gia chế tạo mô hình thực hành

để kéo được roto của máy phát thì khi đó mới có điện năng do máy phát phát ra. Từ trường biến thiên ban đầu là do từ dư của nam châm (Roto) sinh ra. Khi roto quay thì từ dư của nam châm biến thiên trong lõi thép của roto sinh ra một sực điện động biến thiên điều hoà. Sức điện động biến thiên này gây ra hiện tượng cảm ứng điện từ trong cuộn dây của stato và sinh ra một sức điện động tự cảm biến thiên cùng tần số trong cuộn dây stato. Tạo ra mạch ngoài một dòng điện biến thiên cùng tần số cùng biên độ. Khi đó một phần điện áp phát ra lại được lấy chỉnh lưu phản hồi lại để làm điện áp kích từ nuôi cho roto (đây chính là quá trình tự kích từ). Khi đó roto mới trở thành nam châm điện. Nhưng ở đây vấn đề đặt ra đó là ổn định điện áp ra của máy phát, và ổn định tần số của điện áp phát ra của máy phát. Ngoài ra đối với một mạng điện của bộ nguồn dự phòng thì vấn đề lớn nữa ta cần quan tâm đó là bộ tự động chuyển đổi (ATS). ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ. Máy điện đồng bộ nói chung và máy phát điện đồng bộ nói riêng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Phạm vi sử dụng chính là biến đổi cơ năng thành điện năng, nghĩa là làm máy phát điện. Điện năng ba pha chủ yếu dùng trong nền kinh tế quốc dân và trong đời sống. Được sản xuất từ các nhà máy phát điện quay tuabin hơi hoặc khí nước. Ngoài ra máy điện đồng bộ còn được làm động cơ đặc biệt trong các thiết bị lớn vì chúng có khả năng phát ra công suất phản kháng. 1. Phân loại. Theo kết cấu có thể chia máy phát điện đồng bộ thành hai loại: Máy phát điện đồng bộ cực ẩn thích hợp với tốc độ quay cao (số cực 2p = 2) và máy phát điện đồng bộ cực lồi thích hợp khi tốc độ quay thấp (2p 4). Theo chức năng, có thể chia máy phát điện đồng bộ thành các loại chủ yếu sau: Máy phát điện đồng bộ. Máy phát điện đồng bộ thường được kéo bởi tuabin hơi hoặc tuabin nước và được gọi là máy phát tuabin hơi hoặc máy phát tuabin nước. Máy phát tuabin hơi có tốc độ quay cao, do đó được chế tạo theo kiểu cực ẩn và có trục máy đặt nằm ngang. Máy phát điện tuabin nước thường có tốc độ quay thấp nên có kết cấu theo kiểu cực lồi và nối chung trục máy được đặt thẳng đứng. Trong trường hợp máy phát điện có công suất nhỏ và cần di động thì thường dùng động cơ điezen làm động cơ sơ cấp và được gọi là máy phát điện điêzen. Máy phát điện điêzen thường có cấu tạo cực lồi. b. Động cơ điện đồng bộ. Máy bù đồng bộ. 2. Kết cấu Để thấy rõ đặc điểm về kết cấu của máy điện đồng bộ, ta sẽ xét riêng rẽ kết cấu của máy cực ẩn và máy cực lồi. Kết cấu của máy phát điện động bộ cực ẩn. Rôto của máy đồng bộ cực ẩn làm bằng thép hợp kim chất lượng cao, được rèn thành khối hình trụ, sau đó gia công và phay rãnh để đặt dây quấn kích từ. Phần không phay rãnh của rôto hình thành mặt cực từ. Các máy điện đồng bộ hiện đại cực ẩn thường được chế tạo với số cực 2p = 2, tốc độ quay của rôto là 3000vg/ph và để hạn chế lực li tâm, trong phạm vi an toàn đối với thép hợp kim chế tạo thành lõi thép rôto, đường kính của rôto không vượt quá 1,1 -1,15m. Để tăng công suất máy, chỉ có thể tăng chiều dài l của rôto. Chiều dài tối đa của rôto khoảng 6,5m. Dây quấn kích từ đặt trong rãnh rôtođược chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành các bối dây đồng tâm. Các vòng dây của bối dây này được cách điện với nhau bằng một lớp mica mỏng. Để cố định và ép chặt dây quấn kích từ trong rãnh, miệng rãnh được nêm kín bởi các thanh nêm bằng thép không từ tính. Phần đầu nối nằm ngoài rãnh của dây quấn kích từ được đai chặt bằng các ống không từ tính. Hai đầu của dây quấn kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vành trượt đặt ở đầu trục thông qua hai chổi điện để nối với dòng kích từ một chiều. Máy kích từ này thường được nối trục với trục máy đồng bộ hoặc có trục với trục của máy đồng bộ. Stato của máy đồng bộ cực ẩn bao gồm lõi thép, trong có đặt dây quấn ba pha và than máy, nắp máy. Lõi thép stato được ép bằng cac lá tôn silic dày 0,5mm, hai mặt có phủ sơn cách điện. dọc chiều dài lõi thép stato cứ cách khoảng 36 cm lại có một rãnh thông gió ngang trục,rộng 10 mm. Lõi thép stato được đặt cố định trong thân máy. Trong các máy đồng bộ công suất trung bình, than máy được chế tạo kiểu kết cấu khung thép, mặt ngoài bọc bằng các tấm thép dát dầy.Thân máy phải thiết kế và chế tạo đẻ sao cho trong nó hình thành hệ thống đường thông gió làm lạnh máy điện. Nắp máy cũng được chế tạo từ thép tấm hoặc từ gang đúc. Ở các máy đồng bộ công suất trung bình và lớn ổ trục không đặt ở nắp máy mà ở giá đỡ ổ trục đặt cố định trên bệ máy. Kết cấu của máy phát điện đồng bộ cực lồi. Máy đồng bộ cực lồi thường có tốc độ quay thấp, vì vậy khác với máy đồng bộ cực ẩn, đường kính rôto D của nó có thể lớn tới 15 m trong khi chiều dài l lại nhỏ với tỷ lệ 1/D =0,15 0,2. Rôto của máy điện cực lồi công suất nhỏ và trung bình có lõi thép được cấu tạo bằng thép đúc và gia công thành khối lăng trụ hoặc hình trụ trên mặt có đặt các cực từ. ở các máy lớn, lõi thép đó được hình thành bởi các tấm thép dày 1 6 mm, được dập hoặc đúc định hình sẵn để ghép thành các khối lăng trụ và lõi thép này thường không trực tiếp lồng vào trục máy mà được đặt trên giá đỡ của rôto. Giá này lồng vào trục máy. cực từ đặt trên lõi thép rôto được ghép bằng những lá thép dày 11,5 mm. Việc xác định cực từ trên lõi thép được thực hiện nhờ đuôi hình T hoặc bằng các đuôi hình bulông xuyên qua mặt cực và vít chặt vào lõi thép rôto. Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn uốn theo chiều mỏng thành từng quộn dây. Cách điện giữa các vòng dây là các lớp mica hoặc amiăng. Các cuộn dây sau khi đã gia công được lồng vào các cuộc than cực. Dây quấn cản (trường hợp này máy phát đồng bộ) hoặc dây quấn mở máy (trường hợp dộng cơ dồng bộ) được đặt trên các dầu cực. Các dây quấn này giống như dây quấn kiểu lồng sóc của máy điện không đồng bộ, nghĩa là làm bằng các thanh đồng đặt vào các đầu cực và được nối hai đầu bởi hai vòng ngắn mạch. Dây quấn mở máy chỉ khác dây quấn cản ở chỗ điện trở các thanh dẫn của nó lớn hơn. Stato của máy đồng bộ cực lồi có cấu tạo tương tự như của máy dồng bộ cực ẩn. Trục của máy đồng bộ có thể đặt nằm ngang như ở các động cơ đồng bộ, máy bù đồng bộ, máy phát diện điêzen hoặc máy phát tuabin nước công suất nhỏ và tốc độ quay tương đối lớn (khoảng trên 200 vg/ph). ở trường hợp máy phát tuabin nước,tuabin nước công suất lớn, tốc dộ chậm, trục của máy được đặt thẳng đứng. Khi trục của máy được đặt thẳng đứng, trọng ổ trục đỡ rất quan. Nếu ổ trục đỡ đặt ở đầu trên của trục thì máy thuộc kiểu treo, còn nếu đặt ở đầu dưới của trục thì máy thuộc kiểu dù. Ở máy phát tuabin nước kiểu treo, xà đỡ trên tựa vào than máy, do đó tương đối dài và phải rất khẻo vì nó chịu toàn bộ trọng lượng của rôto máy phát, rôto tuabin nước và xung lực của nước đi vào tuabin. Như vậy kích thước xà đỡ trên rất lớn tốn nhiều sắt thép, đồng thời bản thân máy cũng cao lớn do đó tăng chi phí xây dựng buồng đặt máy. Ở máy phát tuốcbin nước kiểu dù, ổ đỡ trục nằm trên xà dưới. Xà đỡ dưới được cố định trên nền của gian máy, do đó ngắn hơn và ở một số máy, ổ trục đỡ được đặt ngay trên nắp của tuabin nước. Trong cả hai trường hợp đều giảm được vật liệu chế tạo (có thể đến vài trăm tấn đối với các máy lớn) và khiến cho bản thân máy và buồng đặt máy đều thấp hơn. Trên cùng trục máy phát tuabin thường có đặt them các máy phụ - máy kích thích, để cung cấp dòng diện một chiều cho cực từ cuả máy phát đồng bộ và máy phát điều chỉnh để làm nguồn cung cấp điện cho bộ điều chỉnh tự động của tuabin. Điều chỉnh điện áp máy phát ta điều chỉnh dòng kích từ Id dẫn đến từ thông và điện trường thay đổi, ta sẽ điều chỉnh được điện áp. Ta điều chỉnh tần số thì ta điều chỉnh tốc độ của động cơ sơ cấp ( tuabin nước, khí, dầu, gió). Ta điều chỉnh công suất máy phát ta phải điều chỉnh công suất điện từ, tức là ta điều chỉnh góc giữa U và E0. Muốn điều chỉnh góc ta phải điều chỉnh công suất của động cơ sơ cấp. Như điều chỉnh công suất của máy phát liên quan đến tần số máy phát, ta điều chỉnh dòng kích từ E0 thay đó góc giữa U và I thay đổi công suất thay đổi, công suất phản kháng thay đổi. Việc điều chỉnh công suất phản kháng liên quan đến điện áp máy phát ra. + Điều kiện làm việc song song của máy phát. +UF = Ul + fF = fl + Thứ tự pha giống nnhau + UF, Ul trùng pha nhau + F: máy phát, l: lưới điện. 3. Nguyên lý làm việc của máy phát. Máy phát biến đổi cơ năng thành điện năng do đó ta phải dùng động cơ sơ cấp quay rôto với tốc độ n. vì rôto là nam châm điện nên cảm ứng trong dây quấn stato suất điện động 3 pha eA, eB, eC. Trị số hiệu dụng suất điện động 1 pha E0 = 4,44. w.f.k.dq.f. W: số vòng của một pha. f = f: là tần số n: là tốc độ rôto p: là số đối cực k.dq: là hệ số dây quấn F0: từ trường dưới một cực Khi máy phát mang tải (mạch ngoài kín) trong dây quấn dòng điện 3 pha tạo ra một từ trường quay n1= n. 4. Phương trình và các quan hệ điện từ. a. Phản ứng phần ứng. Khi stato có dây điện, dòng điện stato (phần ứng) tạo ra từ trường gọi là từ trường phần ứng. Tác dụng của từ trường phần ứng làm từ trường phần cảm của rôto gọi là phản ứng phần ứng.Tuỳ theo tính chất của tải mà phản ứng phần ứng khác nhau. + Tải thuần dung. F0 của cực từ cảm ứng suất diện động E0 ở stato, E0 chậm sau F0 một góc /2 tải thuần dung nên dòng stato Id vượt trước E0 một ggóc 900 Id sinh ra từ trường phần ứng, Fưd trùng pha nhau sinh ra suất điện động tải thuần dung phản ứng phần ứng dọc trục (Fud, F0 cùng trục), trợ từ (Fud cùng chiều F0). + Tải thuần cảm: Tương tự như tải thuần dung nhưng tải thuần cảm dùng stato Id chậm sau E0 một góc 900, ta cs đồ thị véc tơ. Eud = - j.nud.Id. Tải thuần cảm phản ứng phần ứng dọc trục khử từ (Fud ngược chiều F0). + Tải thuần trở: Dòng điện stato In trùng pha với E0 ta có đồ thị In sinh ra Fun Fun sinh ra Eun Eun = - j.xun.In. tải thuần trở thì phản cảm ứng ngang trục + Tải bất kỳ: Dòng điện stato I ta phân làm hai thành phần I = Id + In. In:gây ra phản ứng phần ứng ngang trục. Id: Gây ra phản ứng cảm ứng đồng trục(trợ từ hay khử từ) tuỳ thuộc vào tải mang tính chất tương ứng. Trợ từ mang tính chất điện dung . khử từ mang tính chất điện cảm. b. Phương trình của máy phát điện. F0 sinh ra E0. I = Id+In. Id sinh ra Fud, Fud sinh ra Eud. In sinh ra Fun, Fun sinh ra Eun. Dòng điện stato I sinh ra từ trường tản Ft. Ft sinh ra Et, Et = -j.xt.Y =-j.xt.(Id+In). Đối với may phát điện ta có sơ đồ như sau. R: là điện trở dây quấn phản ứng phần ứng stato. Trong nhiều trường hợp ta bỏ qua R vậy ta có . Eo +Eud+Eun+Et=U E0 =U –Eud-Eun-Et Thay các biểu thức ta được E0 = U + j.xd.Id+j.xnIn. Trong đó: xd = xud + xt Xn = xun+xt điện kháng đồng bộ dọc trong trục. rôto cực ẩn khe hở ngang, dọc đều nhau nên xd = xdb =xn: điện kháng đồng bộ ta có. Eo =U + j.xdb.I. TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ. Như đã biết về sự cân bằng năng lượng của máy điện đồng bộ, khi làm việc, trong máy có các tổn hao đồng, tổn hao sắt, tổn hao kích từ, tổn hao phụ và tổn hao cơ. Tổn hao đồng là công suất mất mát trên dây quấn phần tĩnh với giả thiết là mật độ dòng điện phân bố đều trên tiết diện của dây dẫn.Tổn hao này phụ thuộc vào trị số mật độ dòng điện, trọng lượng đồng và thường được tính ở nhiệt độ 75oC. Tổn hao sắt từ là công suất mất mát trên mạch từ (gông và răng) do từ trường biến đổi hình sin (ứng với tần số f1). Tổn hao này phụ thuộc vào trị số của từ cảm, tần số, trọng lượng lõi thép, chất lượng của tôn silic, trình độ công nghệ chế tạo lõi thép. Tổn hao kích từ là công suất tổn hao trên điện trở của dây quấn kích thích và của các chổi than. Nếu máy kích thích đặt trên trục của máy đồng bộ thì công suất tổn hao trên phải chia cho hiệu suất của máy kích thích. Tổn hao phụ bao gồm các phần sau: a.Tổn hao phụ do dòng điện xoáy ở các thanh dẫn của dây quấn stato và các bộ phận khác của máy với tác dụng của từ trường tản do dòng điện phần ứng sinh ra. b.Tổn hao ở bề mặt cực từ hoặc ở bề mặt cực từ lõi thép rôto của máy cực ẩn do stato có rãnh và như vậy từ cảm khe hở có song điều hoà răng. Do tác dụng màn chắn của dòng xoáy, ở sâu trong lõi thép không có tổn hao này. c.Tổn hao ở răng của stato do sự đập mạch ngang và dọc của từ thong chính và do các song điều hoà bậc cao với tấn số khác ft. Tổn hao cơ bao gồm: 1.Tổn hao công suất cần thiết để đưa không khíhoặc 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 rôto và stato khi rôto quay trong môi chất làm lạnh (không khí,…). ở các máy điện đồng bộ công suất và tốc độ quay khác nhau, tỉ lệ phân phối các tổn hao nối trên không giống nhau. Trong các máy đồng bộ bốn cực công suất trung bình, tổn hao đồng trong dây quấn phần tĩnh và dây quấn kích từ chiếm tới khoảng 65% tổng tổn hao.Trong khi đó tổn hao trong lõi thép stato (kể cả tổn hao chính và phụ) chỉ chiếm khoảng 14%. Trong máy phát tuabin nước công suất lớn, tốc độ chậm thì tổn hao trong dây quấn phần tĩnh và trong dây quấn kích từ chiếm khoảng 35%, còn tổn hao trong lõi thép stato thì chiếm tới 37%.Trong trường hợp này, để giảm bớt tổn hao trong lõi thép stato nên dùng tôn silic có suất tổn hao nhỏ. Tổn hao phụ có thể chiếm tới khoảng 11% đối với máy phát tuabin nước, trong đó chủ yếu là tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch vào khoảng 18% đối với máy phát tuabin hơi và ở đây khác với trường hợp máy phát tuabin hơi và ở đây khác với trường hợp máy phát tuabin nước, tổn hao phụ trong dây đồng của stato là chủ yếu. Để giảm bớt tổn hao phụ trong các máy công suất lớn thường dùng các biện pháp sau: a.Chia dây dẫn theo chiều cao của rãnh thành nhiều dây đồng bẹt dày khoảng 4 ÷ 5 mm và hoán vị vj trí của chúng ở trong rãnh (đôi khi cả ở phần dầu nối) sao cho dọc chiều dài của rãnh mỗi dây đồng bẹt đều nằm ở tất cả các vị trí từ phía đáy rãnh lên phía miệng rãnh. b.Chế tạo các vành ép lõi thép stato, vành đai đầu nối của rôto bằng thép không từ tính. c.Tiện xoáy ốc bề mặt rôto của máy phát tuabinhơi. Hiệu suất của máy phát điện đồng bộ được xác định bằng biểu thức: h = Trong đó: Pz : công suất đầu ra của máy; åp: tổng tổn hao trong máy. Hiệu suất của các máy phát đồng bộ làm lạnh bằng không khí công suất o,5 ÷ 3000 kw 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 o,8%. ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ. Tải của hộ dùng điện trong lưới điện thường luôn thay đổi theo điều kiện của sản xuất hoặc cũng có thể có trường hợp tuy tải không thay đổi nhưng do điều kiện vận hành của lưới điện mà cần thiếtphải thay đổi chế độ làm việc của các máy phát điện , do đó trên thực tế phải điều chỉnh công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q của máy phát điện đồng bộ. Ta hãy xét vấn đề ở hai trường hợp điển hình. Trường họp thứ nhất là trường máy phát điện làm việc trong hệ thống điện lực có công suất vô cùng lớn với U.f=const, hay nói cách khác đi tổng công suất của các máy phát điện đang làm việc song song trong hệ thống rất lớn so với công suấtcủa máy phát điện đang được xét, do đó việc điều chỉnh P và Q của máy phát điện đó không làm thay đổi U, f của hệ thống điện. Trường hợp thứ hai là trường hợp chỉ có hai hoặc nhiều máy phát điện công suất tương tựlàm việc song song và sự thay đỏi chế độ làm vệc của một máy sẽ làm thay đổi U, f chung của cả các máy phát điện đó. 1. Điều chỉnh công suất tác dụng P của máy phát điện đồng bộ. a. Trường hợp máy phát điện làm việc trong hệ thống điện công suất vô cung lớn. Ở trường hợp này U và f là không đổi nên nếu giữ dòng điện kích thích it không dổi thì E là hằng số và theo biểu thức (24-11) thì P là hàm số của góc θ vcà đường biểu diễn của nó có dạng như đã biết trên hình24-9. Ở chế độ làm việc xác lập công suất tác dụng P của máy ứng với góc θ nhất địng phải cân bằng với công suất cơ trên trục làm quay máy phát điện. Đường biểu diễn công suất cơ của động cơ sơ cấp được biểu thị bằng đường thẳng song song với trục ngang và cắt đặc tính góc ở điểm A trên hình 27-4.Như vậy muốn điều chỉnh công suất tác dụng Pcủa máy phát thì phải thay đổi góc θ nghĩa là giao điểm A bằng cách thay đổi công suất cơ trên trục máy. Công suất tác dụnh cực đại Pm mà máy phát điện có thể cung cấp cho hệ thống điện ứng với khi dP/dθ = 0. Áp dụng điều kiện đó đói với biểu thức (24-11) của máy phát đồng bộ cực ẩn suy ra được θm = 90và: Pm = Cũng như vậy với máy cực lồi, từ (24-13) có thể suy ra được góc θm xác định bởi : cosθm = Trong đó : A = , B = mU2() Và Pm = Khi điều chỉnh công suất tác dụng cần chú ý ră ngf máy phát điện đồng bộ chỉ làm việc ổn định tĩnh khi 0Pcơ, kết quả là rôto sẽ bị ghìm và máy phát điện trở lại làm việc ở góc θ ban đầu sau vài chu kỳ giao động. Trái lại nếu máy phát điện làm việc xác lập ở θ2 > θm , ví dụ ở điểm Btrên hình 27-4 thì khi công suất cơ thay đổi trên, góc θ tăng thêm ∆θ sẽ làm cho P của máy phát điện giảm, như vậy: P < Pcơ , kết quả là rôto quay nhanh them, góc θ càng tăng và máy phát điện sẽ mất đồng bộ với lưới điện. Từ những điều nói trên ta thấy rằng, khi điều chỉnh công suất tác dụng mà muốn giữ cho máy phát điện làm việc ổn định thì phải có điều kiện sau: trong đó dP/dθ được gọi là công suất chỉnh bộ đặc trưng cho khả năng giữ cho máy làm việc đồng bộ trong lưới điện và được ký hiệu bằng Pcb. Từ các biểu thức (24-13) ,(24-15) suy ra được hệ số công suất chỉnh bộ đối với máy cực lồi: Pcb= cosθ +mU2()cos2θ Và đối với máy cực ẩn: Pcb = cosθ Đường biểu diễn của công suất chỉnh bộ, ta thấy khi không tải (θ = 0), khả năng chỉnh bộ tức khả năng của ∆P giữa công suất cơ đưa vào máy và công suất tác dụng đưa ra lưới điện ứng với sự thay đổi ∆θ làm cho máy phát vẫn duy trì làm việc với lưới điện là lớn nhất, còn khi θ =θm thì khả năng chỉnh bộ bằng không. Trên thực tế vận hành, để đề phòng trường hợp U hoặc E giảm hoặc những nguyên nhân khác làm cho công suất P đưa ra lưới điện giảm thoe nhưng vẫn duy trì được đồng bộ, máy phát điện thường làm việc với công suất định mức Pdm ứng với θ <300. Như vấy khả năng quá tải của máy phát điện đồng bộ được xác định tỷ số: km = gọi là hệ số khả năng quá tải. Đối với máy cực ẩn km = Theo quy định thì cần đảm bảo km >1,7 và muốn như vậy thì máy phải có tỷ số ngắn mạch K lớn, nghĩa là xd phải nhỏ (hoặc khe hở lớn) Cần chú ý rằng khi điều chỉnh công suất tác dụng, do θ thay đổi nên công suất phản kháng cũng thay đổi theo. b.Trường hợp máy phát điện công suất tương tự làm việc song song. Giả sử có hai máy phát điện công suất bằng nhau làm việc song song. Ở trường hợp này, trong điều kiện tải của lưới điện không đổi khi tăng công suất tác dụng của máy mà không giảm tương ứng công suất tác dụng của máy kia thì tần số của lưới điện sẽ thay đổi cho đến khi có sự cân bằng mới và khiến cho hộ dùng điện phải làm việc trong tần số khác định mức. Vì vậy, để cho f = const khi tăng công suất tác dụng của một máy thì phải giảm công suất tác dụng của máy kia. Chính cũng bằng cách đó mà có thể thay đổi sự phân phối công suất tác dụng giữa hai máy. 2. Điều chỉnh công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ. Ta hãy xét việc điều chỉnh công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ làm việc trong lưới điện vô cùng lớn (U,f = const) khi công suất tác dụng cuả máy được giữ không đổi. Giả sử máy có cực ẩn và để đơn giản, bỏ qua tổn hao trên dây quấn phần ứng (ru =0). Vì P = mUIcosφ là không đổi, và với điều kiện U = const nên khi thau đổi Q, mút của vectơ I luôn nằm trên một đường thẳng, thẳng góc với U. Với mỗi trị số của I sẽ có một trị số của cosφ và đò thị véctơ suất điênđộng tương ứng sẽ xác định được độ lớn của véctơ E, từ đó suy ra được dòng điện kích thích it cần thiết để sinh ra E. Cũng cần chú ý rằng, P = mUIsinθ/xd =Pl =const, trong đó U, xd không đổi nên P =Esinθ = OB = const và mút cuả véctơ E luôn nằm trên đường thẳng thẳng góc với OB. Kết quả phân tích cho thấy rằng, muốn điều chỉnh công suất phản kháng Q thì phải thay đổi dòng điện kích thích it của máy phát điện. CHƯƠNG II ỔN ĐỊNH TẦN SỐ ĐIỆN ÁP MÁY PHÁT I. CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ SƠ CẤP Trong công nghiệp cũng như trong đời sống người ta có rất nhiều cách để có thể phát ra điện năng, đơn giản nhất là phương pháp cọ sát đầu vỏ bút nhựa vào tấm len hoặc dạ cũng có thể sinh ra một điện năng có năng lượng hút được mẩu giấy nhỏ vụn lên ở đây nguồn năng lượng sơ cấp là sức lực của con người nhưng trong trường hợp này người ta chỉ đẻ làm một thí nghiệm đơn giản là phát hiện điện năng mà thôi. Trong công nghiệp hiện đại người ta sử dụng các nguồn cơ năng có sức mạnh hơn rất nhiều như: Nhà máy thuỷ điện thì sử dụng sức nước để làm quay Tuabin nước. Nhà máy nhiệt điện thì sử dụng nhiệt lượng làm quay Tuabin hơi, hay một số trường hợp sử dụng sức gió làm quay Tuabin cũng để làm sinh ra điện năng…Trong trường hợp người ta muốn cung cấp cho tải có công suất nhỏ và yêu cầu phải thường xuyên lưu động thì người ta có thể dùng động cơ Điêzen hoặc động cơ điện một chiều làm động cơ sơ cấp. Nhưng trong trường hợp này tôi dùng động cơ điện một chiều làm động cơ sơ cấp là vì: Ở đây là một mô hình thực hành cho nên để tránh cồng cềnh, gây ra nhiều tiếng ồn và có thể vận chuyển lưu động được cho nên tôi quyết định sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập làm động cơ sơ cấp. Ngoài ra không chỉ vì lý do trên mà lý do cơ bản nhất đó là ưu điểm của động cơ điện một chiều. Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ điện một chiều được coi là một loại máy quan trọng. Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, phạm vi điều chỉnh rộng. Đối với động cơ điện một chiều có mạch lực và mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Vì vậy động cơ điện một chiều được dùng nhiều trong những nghành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ …Điều này rất có lợi cho những tải có công suất nhỏ và không ổn định như ở mô hình này. Chính vì vậy mà tôi quyết định dùng động cơ điện làm động cơ sơ cấp. II. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1. Cấu tạo và nguyên lý lám việc. 1.1. Nguyên lý làm việc. - Nguyên lí làm việc của máy điện một chiều không khác nguyên lý làm việc của máy điện xoay chiều, chỉ khác máy điện một chiều là có thêm bộ phận chỉnh lưu có khi gọi là vành đổi chiều (vành góp). 1.2 Máy điện một chiều chia làm ba phần chính. Phần cảm-stato. Để tạo từ trường cho máy. a. Cực từ chính: Gồm có lõi thép và dây quấn kích từ.Trong đó có dòng một chiều ta gọi là dòng kích từ để tạo ra từ trường cho máy. b. Cực từ phụ. Để cải thiện tia lửa điện giữa chổi than và vành đổi chiều. Gồm có lõi thép và dây quấn cực từ phụ nối tiếp với dây quấn phần ứng. c. Vỏ máy: Ngoài nhiệm vụ bảo vệ các chi tiết bên trong và chịu lực còn dùng để dẫn từ vì vậy vỏ máy được làm bằng thép đúc hoặc bằng thép hàn. Phần ứng-rôto: a. Lá thép. Gồm các là thép kỹ thuật điện dập theo hình tròn. Bề mặt có rãnh để đặt day quấn phần ứng ghép cách điện nhau. b. Dây quấn phần ứng. Tạo thành các bối dây và hai cạnh của bối dây đặt ở rãnh lõi thép phần ứng. Các bối dây được ghép nối với nhau tạo thành mạch kín. Vành đổi chiều. Do dây quấn phần ứng gồm nhiều bối dây nên mạch một chiều gồm nhiều phiến đồng ghép cách điện với nhau và cách điện với trục. Tì trên vành một chiều là những cặp chổi than đứng yên. Các cặp chổi than phân chia dây quấn phần ứng thành các nhánh song song. Sức điện động của máy bằng tổng các sức điện động của các vòng dây trong một nhánh song song. 1.3 .Mở máy Khi mở máy tốc mở máy ban đầu n0 thì Eu =0, dòng điện khi mở máy phần ứng Iumở = nên dòng điện mpử máy rất lớn Imở = (510) Idm. Để giảm dòng mở máy thì trong mạch phần ứng ta nối tiếp biến trở Rm . Dođó khi mở máy ta để Rm ở giá trị max. Khi mở song ta đưa Rm = 0 để giảm tổn hao. Vì vậy khi mở máy có Iumở = . 1.4. Điều chỉnh tốc độ. Từ phương trình ta có: n = . Thay đổi điện trở phần ứng: Muốn thay đổi điện trở phần ứng thì ta nối tiếp vào mạch phần ứng biến trở Rp.(vị trí giống Rm), thay đổi Rp thì động cơ thay đổi dược tốc độ. Đặc điểm: tổn hao lơn vì Iu lớn. Ta chỉ tăng được điên trở mạch phần ứng nên chỉ giảm được tốc độ, b. Thay đổi tôc độ: Muốn thay đổi điện áp U thì ta phải dùng bộ nguồncó thể thay đổi điện áp U Ví dụ: Bộ chỉnh lưu dùng tổ hợp: động cơ không đồng bộ + máy phát kích từ độc lập + máy phát kích từ + động cơ điện Đặc điểm: Ta chỉ giảm được điện áp Unên chỉ giảm được tốc độ c. Thay đổi điện trở kích từ Để thay đổi điện trở kích từ trong mạch kích từ ta nối tiếp biến trở Rdc Khi thay đổi Rdc thì Ikt thay đổi,f thay đổi và tốc độ động cơ thay đổi Đặc điểm: + tổn hao ít vì Ikt nhỏ + Phạm vi điều khiển rộng Ta chỉ tăng được điện trở mạch kích từ nên chỉ giảm được Ikt và f.Do đó chỉ tăng được tốc độ Động cơ điện một chiều có ưu điểm là việc điều chỉnh tốc độ đơn giản, phạm vi điều chỉnh rộng. 2. Đặc tính cơ. Rf4 M TN [Rn] w wO Rf1 Rf2 Rf3 MC 0 Các đường đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng. Ta xét quan hệ n=f(m) khi giữ U không đổi, Rkt không đổi. Từ phương trình ta có n= -.Iu Và M=Km.f.Iu hay Iu vào n được: n=-.M (1) a. Động cơ kích từ song song Do U,Rkt không đổi nên Ikt= không đổi Do đó f không đổi biểu thức(1) có dạng: =a=n0;=b n=a-bm. đặc tính có n0 =a = tốc độ của động cơ khi không tải Me = M =o. Me : mô men cản của máy công cụ, đặc tính cơ thay đổi. a = thay đổi b không đổi - Đặc tính cơ thay đổi điện trở mạch phần ứng a không đổi. b = thay đổi. Ru1 < Ru2 <Ru3. b. Động cơ kính từ nối tiếp. Do I = Iu = Iktn cũng tỷ lệ với Iu. Nếu f tỷ lệ với Iktn cũng tỷ lệ với Iu. Ta có : f = fu.k.Iu ta thay vào mômen thì ta có. M = Km.kIu: mômen (M) tỷ lệ với I2u nên động cơ kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn. Nếu động cơ quá tải hai lần thì :Me = M tăng hai lần = 2M, nhưng Iu tăng lên lần. Vì vậy động cơ kích từ nối tiếp được dùng nhiều trong giao thông. Ta thay Iu= vào M M = . f2 hay f = . Ta thay M và kb vào biểu thức (1) ta có. N = - . Ta đặt : a/ = và b/ = đặc tính cơ: n = - b/ đây là phương trình đường hyperpol. Đặc tính: + Không cho phép động cơ một chiều kích từ nối tiếp chạy không tải hoặc nối tải (M) vì khi đó tốc độ động cơ rất lớn. Nhưng về mặt cơ không cho phép vì ổ bi hoặc trục bạc chỉ chịu được tốc độ nhất định, dễ gây cháy ổ bi. + Không được dùng đai truyền đối với động cơ khi nối tiếp vì đai truyền làm tốc độ động cơ tăng lên. III. ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SƠ CẤP. Trên thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ. Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ. Cấu trúc mạch lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ bao giờ cũng cần có bộ biến đổi. Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ. Ở đây ta sử dụng phương pháp điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ dùng mạch chỉnh lưu điều khiển dùng Tranristor để điều khiển góc mở Thyristor. 1. Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu điều khiển. (Ổn định tốc độ động cơ sơ cấp) Giản đồ thời gian của các điểm. Các giá trị của linh kiện. R1 = 4,7k; R2 = 5,6k; R3 = 10k; R4 = 1k; R5 = 560k; R6 = 47k; R7 = 10k; R8 = R9 = R16 = R12 = R13 = R14 = R17 = 10k; R10 = R11 = 560k; R15 = 1k; VR1 = 56k; VR2 = VR3 = VR4 = 22k; Tr1 = Tr3 = Tr5 = C828; Tr2 = A564; Tr4 = Tr6 = H1061; D1 = D2 = D3 = D4 = D5 = 1A; OA1 = OA2= A741; C1 = 224F; C2 = 104F; C3 = 4,7F/50V; C4 = C5 = 1000F; C6 = C7 = 470F. 2. Nguyên lý hoạt động của mạch. Tín hiệu đồng pha được lấy từ BA đồng pha sau chỉnh lưu có dạng đập mạch âm. Đập mạch âm này qua R1 được cộng tín hiệu với một phân áp dương U0 do ta đặt một phân áp VR1 và R2 tạo ra. Vì vậy tín hiệu đập mạch được đẩy nên được một đoạn U0(UB), (dương một phần). Tín hiệu cộng này được đưa vào Tr1 . Tại những điểm đập mạch bị đẩy lên (+) nó làm Tr1 mở, làm thế tại C=0. Khi hết đoạn đập mạch bị đẩy lên dương, đến phần âm làm Tr1 khoá do đó thế tại C= +nguồn. Vậy từ tín hiệu đập mạch âm qua Tr1 ta nhận được một xung vuông tại C. Xung vuông này được đưa vào Tr2 (thuận). Tại những điểm xung vuông ở đất làm T2 mở, tụ C1 được nạp. Đoạn xung vuông dương T2 khoá, lúc này C1 xả theo đường : + C1 Tr3 VR2 R6 (-12) qua nguồn về đất. Vậy là tại D ta nhận được một xung răng cưa. Xung răng cưa này được đưa vào so sánh với tín hiệu chủ đạo do khâu tổng hợp tín hiệu đưa ra. Tại những thời điểm xung răng cưa lớn hơn Ucđ đầu ra khâu so sánh ta nhận được là 0. Tại những điển xung răng cưa nhỏ hơn Ucđ đầu ra so sánh ta nhận được +12. Vậy là đầu ra khâu so sánh ta nhận được xung vuông có độ rộng thay đổi được nhờ thay đổi Ucđ . Xung vuông này được đưa qua tụ nối tiếp C2. Đây là tụ vi phân vì vậy đầu ra ta nhận được một xung kim. Xung kim này được đưa vào khâu khuếch đại và qua biến áp xung cách ly để đi điều khiển Thyristor. 3. Nguyên lý phản hồi âm tốc độ. Ở đây ta sử dụng một khâu cộng tín hiệu điều khiển để tổng hợp tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi. Khi đó Ucd = Udk = (). Khi ta dùng chiết áp VR4 đặt được tốc độ của động cơ như mong muốn. Nếu vì một lý do nào đó mà làm cho tốc độ của động cơ bị giảm xuống khi đó làm cho Uph do phát tốc phát ra giảm khi đó làm cho Udk tăng thì làm cho góc mở của Thyristor giảm khi đó điện áp đặt lên động cơ tăng kéo theo tốc độ động cơ tăng lên. Nếu vì một lý do nào khác làm cho tốc đọ động cơ tăng lên thì làm cho Uph do phát tốc phát ra cũng tăng lên khi đó theo công thức trên thì làm cho Udk giảm xuống. Khi Udk giảm xuống thì làm cho góc mở của Thyristor tăng lên khi đó điện áp đặt lên động cơ giảm xuống đồng thời kéo theo tốc độ của động cơ giảm xuống. Quá trình cứ như vậy làm cho tốc độ của động cơ được tự động giữ ổn định như mong muốn. Khi tốc độ động cơ sơ cấp được ổn định thì tức là tần số điện áp máy phát được ổn định đây là một yêu cầu của đề tài của tôi cần giải quyết. CHƯƠNG III ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP MÁY PHÁT Nếu như ở trên ta giải quyết vấn đề là ổn định tần số điện áp máy phát thì vấn đề ổn định điện áp máy phát (độ lớn) cũng là rất quan trọng yêu cầu đặt ra là phải tự động ổn định và chọn được phương pháp tự đông điều chỉnh. Ổn định điện áp khi tải thay đổi bằng cách tự động thay đổi điện áp kích từ. Để tự động thay đổi điện áp kích từ thì người ta lấy từ phản hồi áp và phản hồi dòng. Phản hồi áp lấy trên 2 pha. Phản hồi dòng lấy trên 1 pha còn lại Có 3 phương án ổn định điện áp kích từ tự động như sau: + Đóng cắt kích từ theo chu kì, thay đổi thời gian dòng cắt kích từ tuỳ vào điện áp pháp ra. + Đóng cắt kích từ liên tục: Phương án này là người ta thay đổi giá trị điện áp đặt lên kích từ một cách liên tục. + Băm xung áp kích từ. Tự động chuyển đổi (tự kích từ): ban đầu lấy từ dư của máy phát để kích từ cho máy phát, khi máy phát đã phát thì lấy luôn điện áp phát ra làm nguồn nuôi kích từ máy phát. Ngoài ra người ta còn có thể điều chỉnh kích từ bằng tay. Điều chỉnh kích từ bằng tay. Sơ đồ nguyên lý : Sơ đồ mạch điều khiển kích từ độc lập bằng tay. Giá trị các linh kiện: C1 = C2 = 473 ; C3 = 104 . R1 = 1 K; R2 = 47K; R3 = R5 = 10K; R4 = ....K; R6 = 150K; R7 = …K. Đ1 = Đ2 = Đ3 = Đ4 = 1N4007. T1 loại: IRF630. Một phần tử 555 và 3 phần tử tạo khâu đa hài tự dao động loại 40011. 2. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ. Ta dùng phương pháp này đẻ dễ dàng thay đổi điện áp cấp cho cuộn kích từ. khi đó ta đẽ dàng khảo sát được sự thay đổi của điện áp do máy phát phát ra phụ thuộc vào điện áp kích từ. Ta sử dụng phương pháp điều khiển kích từ bằng tay để thay đổi thời gian đóng và mở của T1 dẫn đến giá trị trung bình trên cuộn kích từ thay đổi theo. Để đưa vào chân 2 của 555 một xung vuông có tần số từ 200 đến 400Hz. Ở đây ta dùng một khâu đa hài tự dao động dùng phần tử đảo 4011 để tạo ra khi xung vuông chân 2 lên 1 làm cho chân 3 lên 1. Lúc này thời gian lên 1 của chân 3 phụ thuộc vào thời gian lên 1 của chân 6; 7 dựa vào VR và C2 vậy ta đã thay đổi được độ rộng của xung ra ở chân 3 theo VR để đi điều chỉnh T1. II. Đóng ngắt kích từ theo chu kỳ. Sơ đồ nguyên lý: Cuộn kích từ AF CF Mạch điều chỉnh kích từ tự động theo nguyên tắc đóng ngắt kích từ theo chu kỳ. Các giá trị của limh kiện: DZ: 6v; C1 = 417 F; C2 = 2000F; R1= R2= R4 = 10K; R3 = 2,2K. Tr1: C828; Tr2: 2N3055; VR: 100k. 2. Nguyên lý hoạt động: Để ổn định kích từ theo phương án kích từ độc lập theo chu kì ta dùng Diôt ổn áp DZ để đóng cắt. Khi Uphát nhỏ hơn Udặt (nhờ VR) thì DZ không dẫn làm nhiệm vụ như một cái khoá. Vậy T2 mở cuộn kích từ được cấp điện áp do máy phát phát ra điện áp và khi đó điện áp đặt lên cuộn kích từ được tăng lên do đó điện áp phát ra của máy phát được tâưng lên. Khi điện áp máy phát vượt quá Udặt làm DZ dẫn -> T1 mở -> T2 khoá -> cuộn kích từ không được cấp nguồn. Khi đó điệnáp máy phát tự động bị giảm xuống. Quá trình cứ như vậy nhờ sự đóng cắt của DZ theo sự tăng lên hay giảm đi của Uphát làm cho chu kỳ đóng cắt điện áp của cuộn kích từ thay đổi dẫn đến điện áp của máy phát được giữ ổn định. III. Điều chỉnh kích từ liên tục. (Ta dùng bộ chỉnh lưu điều khiển thyristor). Sơ đồ nguyên lý: Các giá trị của linh kiện: R1 = 4,7k; R2 = 5,6k; R3 = 10k; R4 = 1k; R5 = 560k; R6 = 47k; R10 = R11 = 560k; R7 = R8 = R9 =10k; R16 = R22 = R13 = 2,2k; R12 = R14 = R17 = R18 = R20 = R21 = R24 = 100k; R15 = 150k; R19 = 4,7k; R23 = 6,8k; VR1 = 56k; VR2 = 22k; VR3 = VR4 = VR5 = 100k; Tr1 = Tr3 = Tr5 = C828; Tr2 = A564; Tr4 = Tr6 = H1061; D1 = D2 = D3 = D4 = D5 = 1A; OA =A741; C1 = 224F; C2 = 104F; C4 = C6 = 4,7F/50V; C3 = C5 = 473F; 2. Nguyên lý hoạt động của mạch. Tín hiệu đồng pha được lấy từ BA đồng pha sau chỉnh lưu có dạng đập mạch âm. Đập mạch âm này qua R1 được cộng tín hiệu với một phân áp dương U0 do ta đặt một phân áp VR1 và R2 tạo ra. Vì vậy tín hiệu đập mạch được đẩy nên được một đoạn U0(UB), (dương một phần). Tín hiệu cộng này được đưa vào Tr1 . Tại những điểm đập mạch bị đẩy lên (+) nó làm Tr1 mở, làm thế tại C=0. Khi hết đoạn đập mạch bị đẩy lên dương, đến phần âm làm Tr1 khoá do đó thế tại C= +nguồn. Vậy từ tín hiệu đập mạch âm qua Tr1 ta nhận được một xung vuông tại C. Xung vuông này được đưa vào Tr2 (thuận). Tại những điểm xung vuông ở đất làm T2 mở, tụ C1 được nạp. Đoạn xung vuông dương T2 khoá, lúc này C1 xả theo đường : + C1 Tr3 VR2 R6 (-12) qua nguồn về đất. Vậy là tại D ta nhận được một xung răng cưa. Xung răng cưa này được đưa vào so sánh với tín hiệu chủ đạo do khâu tổng hợp tín hiệu đưa ra. Tại những thời điểm xung răng cưa lớn hơn Ucđ đầu ra khâu so sánh ta nhận được là 0. Tại những điển xung răng cưa nhỏ hơn Ucđ đầu ra so sánh ta nhận được +12. Vậy là đầu ra khâu so sánh ta nhận được xung vuông có độ rộng thay đổi được nhờ thay đổi Ucđ . Xung vuông này được đưa qua tụ nối tiếp C2. Đây là tụ vi phân vì vậy đầu ra ta nhận được một xung kim. Xung kim này được đưa vào khâu khuếch đại và qua biến áp xung cách ly để đi điều khiển Thyristor. 3. Nguyên lý ổn định kích từ trong phương pháp kích từ liên tục. Ta lấy phản hồi áp trên 2pha A và C của máy phát và phản hồi dòng trên pha B của máy phát. Khi đó ta có biểu thức: Udk = Ucd - UphU + UphI. Vì ta lấy phản hồi âm áp và phản hồi dương dòng. Nếu điện áp của máy phát phát ra tăng là UAC tăng -> Upha U tăng -> đầu ra OA1 giảm -> đầu ra OA3 giảm -> góc mở của Thyristor tăng -> điện áp đặt vào cuộn kích từ giảm -> điện áp máy phát giảm. Nếu Uphát phát ra giảm -> Upha U giảm -> đầu ra OA1 tăng -> đầu ra OA3 giảm -> góc mở bộ chỉnh lưu giảm -> điện áp đặt lên cuộn kích từ tăng kéo điện áp máy phát tăng. Phản hồi dòng : Nếu dòng điện trên pha B tăng ( UB bị giảm ) ->Uph I tăng -> đầu ra OA2 âm đi -> đầu ra OA3 dương lên -> góc mở giảm đi ->Ukt tăng khi đó điện áp phát ra của máy phát được tăng lên và ngược lại. IV. Băm xung áp kích từ: Sơ đồ nguyên lý. Sơ đồ điều chỉnh kích từ độc lập bằng phương pháp băm xung áp kích từ. 2. Nguyên lý làm việc của sơ đồ. Ta sử dụng phương pháp băm xung áp để thay đổi thời gian đóng và mở của T1 dẫn đến giá trị trung bình trên cuộn kích từ thay đổi theo. Nếu điện áp của máy phát phát ra tăng là UAC tăng -> Upha U tăng -> đầu ra OA1 giảm -> đầu ra OA3 giảm -> Tr1 khoá lại -> điện áp đặt vào cuộn kích từ bị ngắt -> điện áp máy phát giảm. Nếu Uphát phát ra giảm -> Upha U giảm -> đầu ra OA1 tăng -> đầu ra OA3 giảm -> Tr1 được mở ra -> điện áp đặt lên cuộn kích từ được cấp khi đó điện áp máy phát tăng. Phản hồi dòng : Nếu dòng điện trên pha B tăng ( UB bị giảm ) ->Uph I tăng -> đầu ra OA2 âm đi -> đầu ra OA3 dương lên -> Tr1 được mở ra ->Ukt tăng khi đó điện áp máy phát được tăng lên và ngược lại. Để đưa vào chân 2 của 555 một xung vuông có tần số từ 200 đến 400 Hz. Ở đây ta dùng một khâu đa hài tự dao động dùng phần tử 40011 để tạo ra khi xung vuông chân 2 lên 1 làm cho chân 3 lên 1. Lúc này thời gian lên 1 của chân 3 phụ thuộc vào thời gian lên 1 của chân 6; 7 dựa vào VR và C2 vậy ta đã thay đổi được độ rộng của xung ra ở chân 3 theo Tr1 để đi điều chỉnh T1. Như vậy vấn đề tự động ổn định điện áp đã được giải quyết. Nhưng để máy phát điện dự phòng, làm việc một cách tự động thì vấn đề ổn định được tần số cà giá trị của điện áp phát ra của máy phát là chưa đủ. Mà để nó làm việc một cách hoàn toàn tự động thì bắt buộc phải có bộ chuyển đổi tự động và sau đây là vấn đề tự động chuyển đổi mạch ATS. CHƯƠNG IV MẠCH TỰ CHUYỂN ĐỔI (ATS) I. Mạch lực và nguyên lý làm việc của khối tự động chuyển đổi (ATS). AF BF CF TrtF 1RLA 1RLB 1RLC AL BL CL TrtL AT BT CT TrtT 1. Sơ đồ mạch lực: 2. Nguyên lý: Khi có điện áp lưới thì điện áp cấp cho tải được lấy từ lưới. Khi điện lưới bị mất thì máy phát tự động khởi động, nhưng không cáp điện áp cho tải ngay mà chờ vài giây tuỳ theo đặt, khi đó điện áp máy phát mới được cấp cho tải. Khi có điện áp lưới trở lại thì máy phát được cắt tự động. Đồng thời điện áp lưới được cấp cho tải. II. Mạch điều khiển của khối tựu động chuyển đổi ATS. 1. Sơ đồ nguyên lý: 2. Nguyên lý hoạt động của mạch tự động chuyển đổi. Khi lưới có điện thì công tắc tơ của lưới (KL) có điện khi đó tải được cấp điện từ lưới. Khi ta đóng công tắc chuyển đổi (CT) thì mạch ATS làm việc ở chế độ trờ. Lúc đó các rơle 1RLA , 1RLB ,1RLC có điện (đây là các rơle lưới ). Các tiếp điểm thường đóng của các rơle này mở ra đẫn đến RĐS không có điện. Các tiếp điểm thường mở cuẩ các rơle đóng lại làm cho rơle đóng lại. Làm cho rơle 2RL có điện nhưng sau một khoảng thời gian t1 nào đó. Vì tụ C2 phải nạp đủ điện đẻ vượt qua được ngưỡng của Điốt ổn áp DZ. Khi đó Tranristor T2 mở lúc này 2RL mới có điện. Khi 2RL có điện thì các tiếp điểm thướng mở của 2RL đóng lại làm cho 3RL có điện và rơle 4RL có điện, tiếp điểm thường mở của 2RL đóng lại làm cho rơle 4RL luôn được cấp điện mà không phụ thuộc vào các tiếp điểm của rơle 1RLA, 1RLB, 1RLC và 2RL. Các tiếp điểm thường đóng của rơle 3RL và công tắc tơ của lưới (KL) mở ra làm công tắc tơ KF không có điện khi đó tải dùng điện của lưới. Khi điện lưới mất đi công tắc tơ KL mất điện làm cho các rơle 1RLA, 1RLB, 1RLC đóng lại cấp điện cho RĐS. Các tiếp điểm thường mở của 1RLA, 1RLB, 1RLC mở ra làm 2RL mất điện đồng thời làm cho 3RL mất điện theo nhưng chậm hơn một thời gian khoản t1 làm tiếp điểm thường đóng của3RL đóng lại và tiếp điểm của công tắc tơ KL đóng lại và tiếp điểm KF có điện khi đó máy phát có điện rồi và điện áp do máy phát phát ra được cấp cho tải. Khhi điện lưới có điện trở lại thì công tắc tơ K2 có điện các rơle 1RLA, 1RLB, 1RLC có điện dấn đến RĐS mất điện nhưng cũng sau một khoảng thời gian t0 do tự C1 phóng điện. Các tiếp điểm thường mở 1RLA, 1RLB, 1RLC đóng lại và 2RL có điện nhưng cùng khoảng thời gian t2 do phải nạp cho C2 để nó đủ thong được DZ. Khi 2RL có điện thì 3RL có điện khi đó tiếp điểm thường đóng của rơle 3RL mở dấn đến KF mất khi đó đồng thời tải được cấp điện từ lưới. CHƯƠNG V KẾT CẤU CỦA MÔ HÌNH THỰC HÀNH SƠ ĐỒ KHỐI BỘ ĐỘNG CƠ SƠ CẤP-MÁY PHÁY . Máy phát 3 pha. Máy xoay chiều hình sin. Có: Uf = 220v P = Pdm = 370w I. Có một biến dòng để phản hồi dòng. Để quay dùng động cớ sơ cấp. 2. Động cơ một chiều. Udm = 110V Ukt = 110V Idm = 10A Mục đích dùng động cơ một chiều: để thay đổi w thấy được sự phụ thuộc của tần số và tốc độ. Để điều khiển được động cơ dùng bộ van lực, dùng triris. mạch điều khiển đi kèm. - Có rơle bảo vệ mất từ thông (kích từ độc lập). 3. Phát tốc: Để nhìn thấy sự thay đổi tần số w. Để phản hồi tốc độ để ổn định tốc độ Bộ điều chỉnh điện áp. Một bộ điều chế điện áp vô cấp để điều chế điện áp U20V, để điều khiển kích từ độc lập động cơ. Mục đích thấy được điện áp phát ra phụ thuộc vào điện áp kích từ. Đi kèm có mạch điều khiển. II. Môdul thiết bị đo và tải. 1. Bộ tải: Học sinh có thể đấu được tuỳ theo đấu sao hay đối tam giác. Trong trường hợp này ta có thể thay đổi được các cấp tải theo các yêu cầu của các bài thực hành. 2. Thiết bị đo: - Đồng hồ đo tần số: để đo tần số máy phát phát ra. - Đồng hồ Vol AC đo điện áp phát ra của máy phát. - Đồng hồ vôn DC do điện áp kích từ máy phát - Đồng hồ đo tốc độ để đo tốc độ động cơ sơ cấp III. Khối ổn định và chuyển đổi. Khối ổn định điện áp AVR: Nguyên lí: Ổn định điện áp khi tải thay đổi bằng cách tự động thay đổi điện áp kích từ. Để tự động thay đổi điện áp kích từ thì người ta lấy từ phản hồi áp và phản hồi dòng. Phản hồi áp lấy trên 2 pha. Phản hồi dòng lấy trên 1 pha còn lại Có 3 phương án ổn định điện áp: + Động cơ kích từ theo chu kì, thay đổi thời gian dòng cắt kích từ tuỳ vào điện áp pháp ra. + Động cơ kích từ liên tục: Phương án này là người ta thay đổi giá trị điện áp đặt lên kích từ một cách liên tục. + Băm xung áp kích từ. 2. Khối tự động chuyển đổi ATS: Tự động chuyển đổi (tự kích từ): ban đầu lấy từ dư của máy phát để kích từ cho máy phát, khi máy phát đã phát thì lấy luôn điện áp phát ra làm nguồn nuôi kích từ máy phát. Nguyên lý: Khi có điện áp lưới thì điện áp cấp cho tải được lấy từ lưới. Khi điện lưới bị mất thì máy phát tự động khởi động, nhưng không cáp điện áp cho tải ngay mà chờ vài giây tuỳ theo đặt, thì điện áp được cấp cho tải. Khi có điện áp lưới trở lại thì máy phát được cắt tự động điện áp lưới được cấp cho tải. CHƯƠNG VI BỘ THỰC HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU A-Mô tả thiết bị: Bộ thực hành gồm 3 khối: I-Khối đối tượng điều khiển là máy điện xoay chiều Khối này là 1 hệ thống gồm có bệ máy(Saxsi) bằng thép góc, được cố định xuống sàn nhà bằng đai ốc(buloon). Trên bệ máy có động cơ sơ cấp( ĐSC ) nối trục với máy phát điện xoay chiều 3 pha( F3 ), và máy phát điện xoay chiếu 1 pha ( F1 ). Dùng 1động cơ 1 chiều kích từ độc lập để làm ĐSC . Phía trước bệ máy là mặt máy ( Tablo ) làm bặng mica trong suốt , có khung bằng sắt sơn tĩnh điện . Trên mặt mica in lưới các hình vẽ và tham số của các phần tử . II-Khối nguồn . Khối này là một hộp :khung bằng sắt , sơn tĩnh điện , mặt mica trong suốt , in lưới hình vẽ và tham số của các phần tử . Trong hộp có chứa các loại nguồn cấn thiết cung cấp cho mạch động lực và mạch điều khiển của các bài thực hành về máy phát điện xoay chiều 1 pha và 3 pha . III-Khối các phần tử chấp hành và điều khiển. Tuỳ theo yêu cầu của người đặt hang , khối này có thể bố trí thành một hộp lớn khung bằng sắt , sơn tĩnh điện , mặt mica trong , in lưới hình vẽ và tham số của các phần tử , hoặc bố trí thành các hộp nhỏ ( Modyn ). Khối này bao gồm : 1)Các thiết bị đóng cắt , bảo vệ 2)Các mạch điều khiển 3)Các thiết bị điều khiển bằng tay B-Yêu cầu thực hành Người thực hành dựa theo nội dung các bài thực hành , sử dụng các dây nối , cọc cắm ghép thành các sơ đồ điều khiển để tác động nên các đối tượng điều khiển là các máy phát điện . Quan sát hiiện tượng , ghi nhận kết quả , đánh giá , nhận xét , kết quả . Viết báo cáo thu hoạch . C-Nội dung các bài thực hành. Tuỳ theo yêu cầu của người đặt hàng , các loại sản xuất khác nhau có thể có số bài thực hành khác nhau do đó thiết bị và giá thành cũng khác nhau . (Tuy nhiên tài liệu này được dùng chung cho mọi trường hợp ). Bài 1:Máy phát điện xoay chiều ở chế độ kích từ độc lập . Khảo sát sự thay đổi của điện áp máy phát (F) khi thay đổi điện áp kích từ của máy phát . Sơ đồ thực hành vẽ trên hình H.1 F + D dD M H.1 ĐSC F A CKF f vF vkt Tải UuDSC + + UKtđmDSC Từ bộ điều chỉnh kích từ độc lập 2. Khảo sát sự phụ thuộc của tần số và điện áp máy phát theo tốc độ của ĐSC. Sơ đồ thực hành vẽ trên hình H.2. D dD M H.2 ĐSC F A CKF f vF vkF Tải UuDSC + + UKtđmDSC UKtđmF Từ bộ điều chỉnh tốc độ ĐSC Uh Ghi chú. -Người thực hành thựuc iện 2 nội dung trên lần lượt với 2 loại máy phát điện F1 và F3 . -Nút ấn M để khởi động ĐSC bằng tay -Nút ấn D để dừng ĐSC bằng tay -Thay đổi mức phụ tải của máy phát bằng các công tắc tải -Chú ý cực tính của các nguồn điện áp một chiều -Điều chỉnh điện áp kích từ máy phát bằng chiết áp VRk , điều chỉnh tốc độ ĐSC bâừng chiết áp VRn ở khối nguồn . -Uh là điện áp hút của công tắc tơ cấp nguồn cho ĐSC . Bài 2: Tự động điều chỉnh kích từ để ổn định điện áp máy phát . Sơ đồ thực hành vẽ trên hình H.3 D dD M H.3 ĐSC F A CKF f vF vkt Tải UuDSC + + UKtđmDSC Từ bộ điều chỉnh kích từ độc lập Mạch tự động điều chỉnh kích từ (AVR) CKF BD Phản hồi điện áp Phản hồi dòng điện Ghi chú : -Sơ đồ nguyên lý mạch tự động điều chỉnh kích từ ( AVR ) vẽ trên hình H.4 . -Thực hiên nội dung trên lần lượt với 2 loại F1 và F3 . -Đặt mức điện áp ổn định của máy phát bằng chiết áp VRF ( trên modyn AVR ) . Mạch tự động điều chỉnh góc mở Tiristor VRF g1 k1 g2 k2 UphU UphI U đf Ung AF Tr tF CF U đf UphU BA kích từ T1 g 1 T2 g2 k1 k2 Đ1 Đ 2 CKF H.4 Bài 3: Tự động chuyển đổi lưới điện –Máy phát dự phòng -Lưới điện ( ATS ) . -Sơ đồ khối của Bài khi thực hiện ở chế độ tự kích từ vẽ trên hình H.5 ( Có thể thực hiện Baì 3 ở chế độ kích từ độc lập ) . -Sơ đồ nguyên lý của mạch tự động chuyển đổi (ATS ) vẽ trên hình H.6 . ĐSC F KF KL Lưới điện Tải AVR ATS Năng lượng sơ cấp H.5 Ghi chú : -Người thực hành thực hiện nội dung trên với 2 loại F1 và F3 . Công tắc CT dùng để chuyển đổi khi thực hành với F1 và F3 . -Nút ấn mồi dùng để mồi khi khởi động máy phát bằng tay . -Chuyển mạch CM dùng để tạo tình huống mất nguồn điện lưới . -Nguồn ắc quy giả cung cấp cho mạch ATS được lấy từ một mguồn ổn áp 1 chiều ( không vẽ trên sơ đồ ). SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY KHỐI NGUỒN CỦA BỘ THỰC HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU (H.7). Ổn áp có bảo vệ + 12v_ 14v~ + 24v_ 27v~ + 36v_ 40v~ + 110v_ 120v~ + 220v_ 240v~ Điều chế độ rộng xung Điều chỉnh kích từ độc lập của máy phát VRK Đến CKF 40v~ Tr +12v GND + Điều chỉnh góc mở +12v GND -12v g1 k1 g2 k2 12v~ VRK 240v UưĐSC g1 g2 k1 k2 20v 20v 12v 14v 27v 40v 120v Biến dòng 240v~ +12v GND Ắc quy n ĐSC Mạch điều chế độ rộng xung. BD BD nDSC HZ V~ A~ Vkt FT ĐSC RTr1 RTr1 RTr1 RTr1 Từ n của AVR đến Từ m của AVR đến Từ kích từ độc lập đến + Mồi RTr3 RTr3 RTr3 RTr3 Từ n của AVR đến Từ m của AVR đến + Từ ATS đến Công tắc chuyển đổi F1, F3 Từ ATS đến X Z X Y Z Từ kích từ độc lập đến CKF3 CKF1 Đg + Uưđm ĐSC Uhút D M RTT Đg Đg CKĐSC Uktdm ĐSC F3 F1 UphI1 UphI3 RTr3 RTr1 Tải pha A Tải pha B Tải pha C Sơ đồ đấu dây khối Động cơ sơ cấp – Máy phát điện xoay chiều RTT AF3 BF3 CF3 TrtF3 AF1 TrtF1 + KẾT LUẬN Trên đây là một số vấn đề lý luận và thực tiễn về vấn đề thiết kế và tính toán ra bộ thực hành máy phát điện xoay chiều có ứng dụng rất lớn đối với sinh viên khoa điện trong các trường đại học và các trường trung học nghề. Đối với bộ thực hành này có thuận lợi rất nhiều cho học sinh, sinh viên hiểu và nắm vững hơn về vấn đề điều chỉnh tốc độ và điều chỉnh điện áp kích từ có ảnh hưởng lớn tới tần số và điện áp phát ra của máy phát. Ngoài ra mỗi một sinh viên có thể hiểu được nguyên lý và những vấn đề có liên quan tới bộ nguồn dụ phòng và tầm quan trọng của điện năng đối với những thiết bị có yêu cầu cấp thiết phải cung cấp điện liên tục. Sau khi đã được thầy giáo hướng đẫn nhiệt tình và sự cố ngắng của bản thân em đã quýet định thiết kế bộ thực hành máy phát điện xoay chiều với mục đích là một bộ thực hành và là bộ nguồn dự phòng tự động cho các thiết bị có yêu cầu về điện cao. Do hạn chế về thời gian cũng như hạn chế về khả năng lý luận thực tiễn nên đồ án trên của em không thể tránh khỏi những thiếu xót. Em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy cô, các anh chị trong công ty và các bạn đồng nghiệp. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của Khoa Điện (Tự động hoá) Trường đại học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt là thầy giáo Lưu Đức Dũng, người trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án này. Tµi liÖu tham kh¶o 1- §iÖn tö c«ng suÊt. TrÇn Träng Minh. 2- M¸y ®iÖn. Vò Gia Hanh- TrÇn Kh¸nh Hµ- Phan Tö Thô- NguyÔn V¨n S¸u. 3- §iÒu khiÓn logic. Phan Cung. 4- TruyÒn ®éng ®iÖn. NguyÔn M¹nh TiÕn. 5- Kü thuËt ®iÖn. §Æng V¨n §µo- Lª V¨n Doanh. Môc lôc. Ch­¬ng I- Giíi thiÖu tæng quan vÒ m¸y c¾t ®¸ thµnh phÈm. I- Giíi thiÖu tæng quan. II- Nguyªn lý ho¹t ®éng cña c¸c ®éng c¬. III- §å thÞ c«ng nghÖ cña m¸y. Ch­¬ng II- Yªu cÇu vÒ trang bÞ ®iÖn vµ truyÒn ®éng ®iÖn. I- Nh÷ng yªu cÇu ®èi víi truyÒn ®éng chÝnh. II- Nh÷ng yªu cÇu ®èi víi truyÒn ®éng ¨n dao. III- Nh÷ng yªu cÇu ®èi víi truyÒn ®éng phô. Ch­¬ng III- Ph©n tÝch- lùa chän c¸c ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng. I-Nguyªn lý ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. II- Ph©n tÝch tæng qu¸t hÖ thèng chØnh l­u ®iÒu khiÓn. III- Ph©n tÝch c¸c s¬ ®å chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. Ch­¬ng IV- TÝnh chän c¸c phÇn tö trong m¹ch lùc. I-TÝnh chän van Thyristor. II- TÝnh m¸y biÕn ¸p. III- ThiÕt kÕ cuén kh¸ng läc. IV- TÝnh m¹ch b¶o vÖ Thyristor. Ch­¬ng V- ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn Thyristor. I- ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l­u. II- Ph©n tÝch c¸c khèi trong m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l­u. III- Tæng hîp vµ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn. IV- TÝnh chän c¸c phÇn tö trong m¹ch ®iÒu khiÓn. V- ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn kh«ng tiÕp ®iÓm cho truyÒn ®éng chÝnh.