Xem mẫu
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
So với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia ba pha có chất lượng dòng diện
một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc
cao bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫn cũng tương đối đơn giản. Với dòng
điện mỗi cuộn day thứ cấp là dòng một chiều, nhờ có biến áp ba pha ba trụ mà từ
thông lõi thép máy biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công
suất biến áp phải lớn. Nếu ở đây biến áp được chế tạo từ ba máy biến áp một pha
thì công suất còn lớn hơn nhiều. Khi chế tạo biến áp động lực có cuộn dây phải
được đấu sao với dây trung tính phải lớn dây pha vì dây trung tính chịu dòng điện
tải.
I.3.5 Chỉnh lưu tia sáu pha. B1 C1
A1
a.Sơ đồ :
Z
B- C-
-
Ud A
+
A + +
B C
Ld
T5 T4
T6 T1
T2
T3
Id
Hình I.16 Sơ đồ mạch động lực chỉnh lưu tia sáu pha
Sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha được cấu tạo bởi sáu van bán dẫn nối với biến áp
ba pha có sáu cuộn dây thứ cấp. Trên mỗi trụ biến áp có hai cuộn dây giống nhau
và ngược pha. Điện áp các pha dịch pha nhau một goc 600. Dạng sóng điện áp tải
ở đây là phần dương hơn của các điện áp pha. Với dạng sóng như trên hình I.18 ta
nhận thấy chất lượng điện áp một chiều được coi là tốt nhất.
B- A+ C- B+ A- C+ B- A+ C-
u ud
θ
0
θ2 θ4 θ8
θ1 θ3 θ7 θ9
θ5 θ6 67
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
Hình I.17 Giản đồ các đường cong điện áp.
b.Các thông số của sơ đồ :
-Giá trị trung bình của điện áp tải khi tải điện cảm :
2π
+α
3
6
∫
Ud = 2U 2f sin ωt.dωt
2π π
3
32
U 2f cosα
=
π
-Giá trị trung bình của dòng chảy trong các van :
I
I tb = d
6
-Giá trị điện áp ngược đặt lên mỗi van :
U NV = 2 2U 2f
-Công suất máy biến áp :
SBA = 1,26Ud.Id
c.Nhận xét :
Theo dạng sóng điện áp ra chúng ta thấy rằng mỗi van bán dẫn dẫn thông
trong khoảng 1/6 chu kỳ. So với các sơ đồ khác thì ở chỉnh lưu tia sáu pha dòng
điện chạïy trong các van bán dẫn bé nhất . Do đó sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha rất
có ưu điểm khi dòng tải lớn. Tuy nhiên với biến áp ba pha sáu cuộn dây thứ cấp
chế tạo phức tạp hơn. Do đó sơ đồ này ít được sử dụng trong thực tế.
I.3.6 Chỉnh lưu cầu ba pha.
*Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.
D1 T1
Hình I.18 Sơ đồ
A
mạch động lực
D2 T2
chỉnh lưu cầu ba
F E
B
pha điều khiển T3
D3
không đối xứng
C
R L
68
Ud
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
Loại này chỉnh lưu được cấu tạo từ một nhóm NA hoặc NK có điều khiển và
một nhóm không điều khiển như mô tả trên hình I.22
Hoạt động của sơ đồ :
Tại θ1 cấp xung điều khiển mở T1 , điện áp pha A dương hơn pha B và pha C
nhưng pha B âm hơn nên Thyristor T1 và Diod D2 dẫn cho dòng chảùy qua tải
trong khoảng θ1 ÷ β1 . Đến β1 do điện áp pha C âm hơn nên T1 và D3 dẫn cho đến
θ2 .
Tại θ2 cấp xung điều khiển mở T2 , điện áp pha B dương hơn pha A và pha C
nhưng pha C âm hơn nên T1 và D3 dẫn. Đến β2 do điện áp pha A âm hơn nên T2
và D3 dẫn cho đến θ3.
Tương tự như vậy : θ3 ÷ β3 , T3 và D1 dẫn.
θ4 ÷ β4 , T3 và D2 dẫn.
Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải
liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 600. Khi góc mở tăng lên và thành
phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn.
Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng
không khi góc mở đạt tới 1800. Có thể coi điện áp trên tải là tổng của hai điện áp
chỉnh lưu tia ba pha.
uA
uB uC
u
β1 β4
β2 β3
0 θ
θ4
θ3
θ1 θ2
ud
θ
i
Id
69
θ
IT1
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
Hình I.19 Giản đồ các đường cong điện áp tải, dòng điện tải,
dòng điện các van.
b.Thông số của sơ đồ :
-Giá trị trung bình của điện áp trên tải :
1 + cosα 1 + cosα
36
Ud = = 2,34U 2f
U 2f
π 2 2
-Điện áp ngược đặt lên van bán dẫn :
UN = 6U 2 f
-Công suất biến áp :
SBA = 1,05.Ud.Id
và công suất máy biến áp giống như ở sơ đồ điều khiển đối xứng.
c.Nhận xét :
So với cầu ba pha điều khiển đối xứng thì trong sơ đồ này việc điều khiển
các van bán dẫn được thực hiện đơn giản hơn. Ta có thể coi mạch điều khiiển của
bộ chỉnh lưu này như điều khiển một chỉnh lưu tia ba pha. Tuy nhiên điện áp
chỉnh lưu chứa nhiều thành phần sóng hài.
Chỉnh lưu cầu ba pha hiện nay là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất , hiệu
suất sử dụng biến áp cao nhất nhưng cũng là sơ đồ phức tạp nhất.
I.3.7 Chọn sơ đồ thiết kế.
Qua trình bày ở trên ta chọn sơ đồ mạch động lực là sơ đồ chỉnh lưu cầu ba
pha điều khiển không đố xứng bởi vì nó phù hợp hơn so với các sơ đồ chỉnh lưu
khác. Với nguồn cấp cho kích từ lấy trực tiếp từ đầu ra của máy phát chính, đó là
70
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
điện xoay chiều chính ta phải chỉnh lưu thành điện một chiều, sau đó đưa vào kích
từ là kợp lý nhất về cả hai phương diện kỹ thuật và kinh tế. Các thông số kỹ thuật
tốt nhất trong các sơ đồ chỉnh lưu, vận hành đơn giản, giá thành không cao lắm.
Chẳng hạn chúng ta sử dụng các sơ đồ băm áp một chiều tuy có thể điều chỉnh
tần số đóng ngắt cao, điện áp ra gần như bằng phẳng nhưng giá thành đầu tư cao.
Đặc biệt là phải có nguồn một chiều để cung cấp cho bộ nguồn băm áp này nên
nó làm cho hệ thống phức tạp hơn. Ngoài ra việc với một bộ nguồn chỉnh lưu cho
kích từ của máy phát sẽ dễ dàng hơn cho việc thiết kế và chế tạo.
Theo yêu cầu thiết kế mạch ổn định điện áp cho máy phát công suất 12kVA,
tần số 50Hz, điện áp ra máy phát 400V. Đây là máy có cấp công suất không lớn
nên để đơn giản cho hệ thống kích từ sẽ không dùng máy phụ cấp nguồn cho kích
từ mà ta sẽ lấy trực tiếp điện áp đầu ra của máy phát qua biến áp qua chỉnh lưu và
làm nguồn cấp cho hệ thống kích từ. Các thông số của mạch kích từ Uktđm = 65V,
Iktđm = 8,8A, Pktđm = 572W.
CHƯƠNG II
TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC
Như kết luận ở chương I (phần II) ta chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều
khiển không đối xứng . Bao gồm có sáu van bán dẫn : 3 Diod và 3 Thyristor.
II.1 Sơ đồ mạch động lực :
C•
B•
A•
• • •
AT
• • •
CD
R2 C2 R2 C2
• • •
R2 C2
• •
BA 71
c
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
Hình II.1 Sơ đồ mạch động lực các thiết bị bảo vệ.
II.2 Tính chọn các thông số của mạch động lực.
Các thông số của máy phát điện đồng bộ P = 12kVA, U = 400V, f = 50Hz.
Các thông số của mạch kích từ : Uktđm = 65V, Iktđm = 8,8A, Pktđm = 572W.
II.2.1 Chọn van động lực :
Các van động lực được chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là dòng điện, sơ đồ
đã chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc.
Theo yêu cầu thiết kế cho điện áp tải Ud = Uktđm = 65V.
dòng điện tải Id = Iktđm = 8,8A.
Để van bán dẫn có thể làm việc an toàn không bị chọc thủng về nhiệt ta nên
chọn hệ thống tỏa nhiệt hợp lý. Vì máy phát điện làm việc trong một thời gian dài
cho nên ta chọn phương pháp tỏa nhiệt có cánh tản nhiệt với đầy đủ diện tích bề
mặt, không cần quạt làm mát ( không cần làm mát cưỡng bức).
Van động lực cần chọn có thông số :
-Điện áp ngược của van lớn nhất phải chọn :
U nmax = knv .U 2
Ud
U2 = với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng :
ku
knv = 6 = 2, 45 [ 7 ]
3. 6
= 2,34 [ 7 ]
ku =
π
72
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
Ud 65
Như vậy : U nmax = knv . = 2, 45. = 68, 05 (V )
ku 2,34
-Điện áp ngược của van cần chọn : U nv = kdtU .U nmax = 2.68, 05 = 136,1 (V )
Trong đó : kdtU = 2 hệ số dự trữ điện áp.
-Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng :
I lv = I hd = khd .I d = 0,58.8,8 = 5,1 ( A)
Trong đó : khd = 0,58 hệ số xác định dòng điện.
-Với điều kiện làm mát như trên thì dòng định mức của van cần chọn :
Ilv = (10 ÷ 40) %.Idmv .
I dmv = ki .I lv = 4.5,1 = 20, 4 ( A)
Trong đó : ki = 4 là hệ số dự trữ dòng điện.
Từ các thông số Unv và Iđmv ta chọn 3 Thyristor giống nhau có thông số loại
HT25/04OG2. Có các thông số như sau :
-Điện áp ngược cực đại của van : Unv = 400V.
-Dòng điện làm việc cực đại : Iđm = 25A.
-Dòng điện đỉnh cực đại : Ipik = 400A.
-Dòng điện xung điều khiển : Ig = 50mA.
-Điện áp xung điều khiển : Ug = 2,5V.
-Dòng điện rò : Ir = 10mA.
-Sụt áp cực đại trên van khi mở : ΔU = 1,8V.
-Đạo hàm điện áp : dU/dt = 200V/s.
Tmax = 1250C.
-Nhiệt độï làm việc cực đại :
Và chọn ba Diod giống nhau loại HD25/02-4 có các thông số như sau :
-Dòng điện chỉnh lưu cực đại : Imax = 25A.
-Điện áp ngược của Diod : Un = 200V.
-Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 300A
-Tổn hao điện áp ở trạng thái mở Diod: ΔU = 1,4V.
Tcp = 1800C.
-Nhiệt độ cho phép :
II.2.2 Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu.
1. Điện áp chỉnh lưu khi có tải :
73
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
[7]
U do .cosα min = U d + ΔUV + ΔU dn + ΔU ba
0
αmin = 10 là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới.
Trong đó :
ΔUV : tổn thất điện áp trên các van bán dẫn.
ΔUV = ΔUTmax + ΔUD = 1,8 +1,4 = 3,2V.
ΔUdn : Tổn thất điện áp ở dây nối. Coi ΔUdn = 0.
ΔUba : sụt áp bên trong máy biến áp khi có tải. Thường chọn
ΔUba = (5÷10)%. Vậy ΔUba = 5%.Ud = 5%.25 = 1,25V.
U d + ΔUV + ΔU dn + ΔU ba 65 + 3, 2 + 0 + 1, 25
Vậy : U do = = = 70,52 (V )
cosα min cos100
2. Công suất tối đa của tải :
Pdmax = U do .I d = 70,52.8,8 = 620, 6 (W )
3. Công suất biến áp nguồn cấp :
Sba = ks .Pdmax = 1, 05.620, 6 = 661, 6 (VA)
4. Điện áp pha sơ cấp máy biến áp :
U1p = U1 = 400V.
5. Điện áp pha thứ cấp máy biến áp :
U do 70,52
U2 f = U2 = = = 30,15 (V )
ku 3. 6
π
6. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp :
2
I 2 = ki .I d = .8,8 = 7,19 ( A)
3
2
[7]
Trong đó : ki =
3
7. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp :
U2 30,15
I1 = kba .I 2 = .I 2 = .7,19 = 0,54 ( A)
U1 400
II.2.3 Tính chọn các thiết bị bảo vệ :
1. Bảo vệ quá dòng điện cho van.
74
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
Áptômat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động cắt mạch khi quá tải và
ngắn mạch Thyristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến
áp.
Aptômat phải có Iđm = 1,1.Id1 = 1,1. 3 .0,54 = 1,03(A).
Chỉnh định dòng ngắn mạch : I nm = 2,5.I d 1 = 2,5. 3.0,54 = 2,34 ( A)
Dòng quá tải : I qt = 1, 6.I d 1 = 1, 6. 3.0,54 = 1,5 ( A)
Cầu dao có dòng định mức : I dm = I dmAp = 1, 03 ( A)
Cầu chảy : dùng cầu chảy tác động nhanh bảo vệ ngắn mạch Thyristor.
Nhóm 1cc : dòng điện định mức nhóm dây chảy 1cc :
I1cc =1,1.I2 =1,1.7,19 = 7,91 ( A)
Nhóm 2cc : dòng điện định mức nhóm dây chảy 2cc :
I2cc = 1,1.I hd = 1,1.5,1 = 5,261 ( A)
Nhóm 3cc : dòng điện định mức nhóm dây chảy 3cc :
I3cc = 1,1.Id = 1,1.8,8 = 9,7 ( A)
Như vậy ta chọn :
+1 Aptômat loại Hi-Mec 30AF loại ABE30a có thông số :
Điện áp cách điện định mức : Ucđ = 490V.
Điện áp xung định mức : Uimp = 6kV.
Điện áp phục vụ tối đa định mức : Ue = 460V.
Dòng điện định mức ở 400C : Iđm = 3A.
+1 cầu dao có dòng định mức : Iđm ≥ 2A.
+ Cầu chẩy nhóm : 1cc có Iđm ≥ 8A.
2cc có Iđm ≥ 6A.
3cc có Iđm ≥ 10A.
2. Bảo vệ quá điện áp cho van :
Để bảo vệ quá điện áp cho van do quá trình đóng cắt Thyristor được thực
hiện bằng cách mắc R-C song song với Thyristor và Diod.
R1 C1 R1 C1
DA TA
Hình II.2 Mạch bảo vệ quá điện áp cho van.
75
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
Khi có sự chuyển mạch do phóng điện từ van ra ngoài tạo nên xung điện áp
trên bề mặt tiếp giáp p-n. Mạch R-C mắc song song với van bán dẫn tạo thành
mạch vòng phóng điện tích quá độ trong quá trình chuyển mạch van. Theo kinh
nghiệm R1 = (5 ÷ 30)Ω ; C1 = (0,25 ÷ 4)μF.
Chọn theo tài liệu [7] : R1 = 5,5(Ω) và C1 = 0,25μF.
3.Bảo vệ van bán dẫn khỏi đánh thủng do xung điện áp từ lưới.
Chúng ta mắc song song với tải ở đầu vào một mạch R-C nhằm lọc xung.
Nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như hoàn toàn nằm lại trên điện trở
đường dây. Trị số R2, C2 được chọn theo tài liệu [7] : R2 = 12,5Ω và C2 = 4μF.
R2 C2 R2 C2
• • •
R2 C2
• •
Hình II.3 Mạch bảo vệ van tránh xung điện áp từ lưới.
4. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn.
Khi van bán dẫn làm việc có dòng điện chạy qua , trên van có sụt áp , do đó
có tổn hao công suất ΔP, tổn hao này sinh nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác ,
van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép (Tcp). Nếu quá nhiệt
độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng. Để van bán dẫn làm việc an toàn
ta phải chọn hệ thống toả nhiệt hợp lý.
Tổn thất công suất trên 1 Thyristor :
ΔP = ΔU .Ilv = 1,8.5,1 = 9,18 (w)
Diện tích bề mặt toả nhiệt :
ΔP 9,18
Sm = = = 0,029 (m2 )
km .τ 8.40
km = 8 (w/m2.0C) là hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ.
Trong đó :
τ = Tlv − Tmt = 80 − 40 = 400 C độ chênh nhiệt .
Tmt = 400C nhiệt độ môi trường.
Nhiệt độ làm việc cực đại của van là 1250C. Do đó chọn nhiệt độ trên cánh
toả nhiệt là : Tlv = 800C
Sm = 0,029(m2 ) = 290(cm2).
Vậy
Chọn loại cánh toả nhiệt có 6 cánh , kích thước mỗi cánh :
76
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.
a×b = 5×5(cm×cm).
Với a là chiều cao cánh toả nhiệt, b là chiều rộng cánh toả nhiệt.
Tổng diịen tích toả nhiệt của cánh :
S = 6.2.5.5 = 300(cm2).
CHƯƠNG III
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
77
nguon tai.lieu . vn
