Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mạch ổn áp máy phát

SV: TBĐ Đồ án Tốt nghiệp - Thiết kế mạch ổn áp Máy phát Mục lục Mở đầu .................................................................................................2 Chương 1. Tổng quan về các phương pháp ổn định điện áp máy phát điện đồng bộ.......................................................3 1. Giới thiệu chung về máy phát điện đồng bộ................................4 2. Các đặc tính của Máy phát điện Đồng bộ...................................8 3. Thiết bị tự động điều chỉnh........................................................14 4. Hệ thống tự động điều khiển kích từ.........................................20 Chương 2: Sơ đồ tự động điều chỉnh điện áp máy phát điện...........................................................................................24 1. Hệ thống kích từ........................................................................24 2. Lựa chọn phương án.................................................................31 3. Sơ đồ điều khiển cho hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều theo phương án lựa chọn................................31 Chương 3 - Thiết kế và tính toán mạch động lực .........................32 1. Chỉnh lưu có điều khiển ba pha.................................................32 2. Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu .........................................................39 3. Tính chọn Tiristor.......................................................................40 4. Tính biến áp động lực................................................................41 5. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực ...........................50 Chương 4 - Tính toán các thông số của mạch điều khiển...........51 1. Nguyên tắc điều khiển Thyristor................................................51 2. Chọn các khâu trong mạch điều khiển......................................53 3. Tính biến áp xung......................................................................60 4. Tính tầng khuếch đại cuối cùng.................................................62 5. Chọn tụ C2 và R6........................................................................63 6. Tính chọn tầng so sánh.............................................................64 7. Tính chọn khâu đồng pha..........................................................64 8. Tạo nguồn nuôi..........................................................................66 9. Tính chọn Diod cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi ...........................67 10. Tính khâu phản hồi điện áp.......................................................67 Kết luận..............................................................................................70 Tài liệu tham khảo.............................................................................72 SV: TBĐ Trg. 1 SV: TBĐ Đồ án Tốt nghiệp - Thiết kế mạch ổn áp Máy phát Mở đầu Ở bất kỳ Quốc gia nào, năng lượng Điện lực luôn luôn được coi là ngành công nghiệp mang tính chất xương sống cho sự phát triển của nền kinh tế. Nó đã và sẽ luôn hỗ trợ thúc đẩy sự phát triển của tất cả các ngành khác. Việc sản xuất và sử dụng điện năng một cách hiệu quả nhưng phải phù hợp chi phí luôn được coi trọng đặc biệt. Ý nghĩa quan trọng mà cũng chính là mục tiêu cao cả nhất của chiến lược phát triển ngành công nghiệp then chốt này là nhằm nâng cao đời sống của mỗi người dân và kết quả của nó sẽ là một Xã hội Văn minh, Tiến bộ và Thịnh vượng. Máy phát điện đồng bộ nói chung đóng một vai trò trọng yếu trong hệ thống điện, nơi mà tính ổn định luôn được đòi hỏi rất cao. Trong hệ thống điện, sự ổn định của mỗi một máy phát điện ở các khía cạnh kỹ thuật đều có tính chất quan trọng nhất định tới sự vận hành an toàn và bền vững của toàn hệ thống và ở các máy phát điện đó thì sự đóng góp của bộ ổn định điện áp máy phát, cùng với các thiết bị ổn định khác là không thể thiếu. Bộ Điều khiển ổn định điện áp máy phát bằng điều khiển dòng/áp kích từ đi (Điều khiển kích từ - ĐKT) vào máy phát đã có một lịch sử phát triển sâu rộng. Kể từ ngày đầu việc điều khiển này được tự động hoá, thiết bị chỉ đóng vai trò như một thiết bị cảnh báo cho người vận hành để tác động điều chỉnh trực tiếp vào máy phát. Vào những năm 1920, khi con người nhận thấy vai trò quan trọng của việc ổn định quá trình quá độ của hệ thống thông qua các bộ điều khiển đáp ứng nhanh, các thiết kế các hệ thống kích từ và điều khiển điện áp đã tiến hóa và cải tiến công nghệ không ngừng: từ kích từ có vành trượt đến không vành trượt, từ thao tác bằng tay đến tự động hoá hoàn toàn thông qua vai trò không thể thiếu của các thiết bị điện tử công suất. SV: TBĐ Trg. 2 SV: TBĐ Đồ án Tốt nghiệp - Thiết kế mạch ổn áp Máy phát Tuy công suất máy phát được giao thiết kế (125kW) là rất nhỏ và không thực sự đóng vai trò ổn định trong hệ thống điện lớn, nhưng em cho rằng việc thiết kế một thiết bị nhỏ và quan trọng như vậy cũng là nền tảng cơ bản cho mọi thiết kế các bộ ổn áp máy phát khác dù lớn. Nội dung Đồ án thiết kế của em bao gồm 4 chương, trong đó: Chương 1 đưa ra giới thiệu tổng quan về các phương pháp ổn định điện áp máy phát điện đồng bộ Chương 2 đề cập cụ thể vào các phương pháp ổn định điện áp với các sơ đồ tự động điều chỉnh điện áp máy phát điện, và lựa chọn ra phương án của đồ án thiết kế. Chương 3 là các thiết kế và tính toán cụ thể cho mạch động lực của sơ đồ đã chọn và Chương 4 bao chùm phần tính toán cho các thông số của mạch điều khiển và tổng hợp sơ đồ Với sự hướng dẫn và giũp đỡ nhiệt tình của Giáo viên hướng dẫn – Thầy Trần Văn Thịnh, em ước mong rằng đồ án tốt nghiệp này sẽ đưa đến một kết quả tốt nghiệp tốt đẹp, nhưng trên hết nó sẽ tạo và xây dựng cho em một nền tảng kiến thức cơ bản, vững chắc trong cuộc sống lao động kỹ thuật của một kỹ sư sau này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Thầy giáo Trần Văn Thịnh về những kiến thức, hướng dẫn, chỉ bảo mà Thầy đã dành cho em trong thời gian học và đặc biệt trong việc hoàn thành đồ án này. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các Thầy Cô giáo khác của Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử nói riêng và các Thầy Cô Khoa Điện và Trường ĐH Bách khoa HN nói chung đã 5 năm vất vả nhiệt tình dạy bảo và đã cho em những công cụ bằng các kiến thức để xây dựng tương lai. Chương 1. Tổng quan về các phương pháp ổn định điện áp máy phát điện đồng bộ. SV: TBĐ Trg. 3 SV: TBĐ Đồ án Tốt nghiệp - Thiết kế mạch ổn áp Máy phát 1. Giới thiệu chung về máy phát điện đồng bộ Máy phát điện đồng bộ (MFĐ) thường được kéo bởi tuốc-bin hơi hoặc tuốc-bin nước, vì vậy chúng được gọi chung là máy phát tuốc-bin hơi hoặc máy phát tuốc-bin nước. Đối với tuốc-bin hơi, do đặc trưng là tốc độ cao cỡ vài nghìn vòng phút nên máy phát thường có kết cấu rô-to cực ẩn, với đường kính nhỏ để giảm thiểu lực ly tâm và ngược lại, đối với tuốc-bin nước, tốc độ thấp nên thường có rô-to cực lồi, đường kính có thể lên tới 15m tuỳ thuộc công suất của máy. MFĐ ba pha (MFĐ3) thường gặp cơ bản là máy phát điện mà dòng điện một chiều được đưa vào quận dây kích từ không thông qua vành đổi chiều. Cực từ của MFĐ3 được kích thích bằng dòng điện một chiều được đặt ở phần quay, còn dây quấn phần ứng với 3 điểm đối xứng trên nó được nối ra ngoài tải thì được đặt ở phần tĩnh. Cũng có thể đặt cực từ ở phần tĩnh và dây quấn phần ứng ở phần quay giống trong máy điện 1 chiều như ở máy điện đồng bộ công suất nhỏ, vì sự trao đổi vị trí đó không làm thay đổi nguyên lý làm việc cơ bản của máy. Nguyên lý làm việc cơ bản như sau: Stator của máy phát điện đồng bộ có dây quấn 3 pha được đặt cách nhau một góc 120o trong không gian, được gọi là phần ứng, cảm ứng ra các điện áp cung cấp ra tải (Hình 1.1). Còn rotor của máy phát, với cấu tạo dây quấn cực từ (cực lồi đối với máy phát có tuốc bin tốc độ thấp như các máy phát tuốc bin nước, và cực ẩn đối với tuốc bin có tốc độ cao như máy phát Diesel, tuốc bin hơi và khí) làm nhiệm vụ cung cấp từ trường. A N SV: TBĐ Trg. 4 S C B SV: TBĐ Đồ án Tốt nghiệp - Thiết kế mạch ổn áp Máy phát Hình 1.1 - Cấu tạo của Stator. Khi rotor quay với tốc độ n thì từ trường cực từ sẽ quét và cảm ứng lên các dây quấn phần ứng các sức điện động (s.đ.đ.) xoay chiều lần lượt lệch pha nhau 120o theo chu kỳ thời gian, với tần số: p.n 60 Với p là số đôi cực của máy Khi MFĐ3 làm việc khép mạch với tải, dòng điện 3 pha chảy trong 3 dây quấn lệch nhau góc 2ð/3 về thời gian sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ: n1 = 60f So sánh (1.1) và (1.2) ta có n=n1, hay có nghĩa là tốc độ quay của rotor bằng tốc độ của từ trường quay. Vì vậy ta có máy phát đồng bộ. Kết cấu MFĐ3 SV: TBĐ Trg. 5 ... - tailieumienphi.vn