Thiết Kế Hệ Thống Kích Từ Cho Máy Phát điện Xoay Chiều Ba Pha

Tải bản đầy đủ (.doc) (44 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Kỹ thuật
>>
3. Điện - Điện tử - Viễn thông

Thiết kế hệ thống kích từ cho máy phát điện xoay chiều ba pha

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (864.95 KB, 44 trang )

ĐỒ ÁN MÔN HỌCCÁC HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ ĐIỂN HÌNHTên đề tài:Thiết kế hệ thống kích từ cho máy phát điện xoay chiều ba pha1.2 Phân loại động cơ điện một chiềuCó 4 loại động cơ điện một chiều thường dùng sau:- Động cơ điện kích từ độc lậpKhi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch kích từmắc vào hai nguồn 1 chiều độc lập nhau nênI = Iư- Động cơ điện kích từ song song+-UưCKTUư+ERKTRKTCKTRfIHình 1-5. Sơ đồ nối dây của độngcơ kích từ song songRfIIKTE-+IKTUKT-Hình 1- 6. Sơ đồ nối dây củađộng cơ kích từ độc lậpKhi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi, mạch kích từ đượcmắc song song với mạch phần ứng nênI = Iư + It- Động cơ điện kích từ nối tiếpHình 1.7: Sơ đò nối dây của động cơ kích từ nối tiếpCuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng, cuộn kích từ có tiết diện lớn,điện trở nhỏ, số vòng dây ít chế tạo dễ dàng nên ta cóI = Iư =It• Động cơ điện kích từ hỗn hợpĐộng cơ kích từ hỗn hợp gồm 2 dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song vàdây quấn kích từ nối tiếp trong đó dây quấn kích từ song song là chủ yếu.I = Iư + It1.3 Các thông số ảnh hưởng:Phương trình đặc tính cơ điện :ω=Ru + R fUuIưKφKφPhương trình đặc tính cơ :ω=Ru + R fUuMKφ( Kφ ) 2Trong đó:+ Uư : điện áp phần ứng ( V )+ E: sức điện động phần ứng ( V )+ Rư : điện trở của mạch phần ứng (Ω)+ Rf : điện trở phụ của mạch phần ứng (Ω)+ Iư : dòng điện mạch phần ứng. (A)+ Φ: từ thông qua một cực từ (Wb)+ ω: tốc độ góc của rôto, ω =+k=n( rad/s)9,55pNhệ số cấu tạo của động cơ2πa+ M: mô men điện của động cơTừ hai phương trình đặc tính trên ta có các thông số ảnh hưởng :+ Anh hưởng của điện trở phần ứng: để thay đổi điện trở phần ứng ta nối thêmđiện trở phụ Rf vào mạch phần ứng. Rf càng lớn thì tốc độ của động cơ càng giảm, đồngthời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm.+ Anh hưởng của điện áp phần ứng: khi giảm điện áp thì mômen ngắn mạch giảm,dòng điện ngắn mạch giảm và tốc độ của động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhấtđịnh.+Anh hưởng của từ thông: thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng điện I kt độngcơ. Khi giảm từ thông thì vận tốc động cơ tăng.1.4 Nguyên lý hoạt động động cơ điện một chiều:Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng vàmạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi làđộng cơ kích từ độc lập.Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lậpĐể tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn Ukt , dây cuốn kích từ sinh ra từthông Φmax tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ R kt đến nhỏ nhất có thể. Cũng cầnđảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ khôngquay được, do đó Eư= 0 và theo biểu thức U=Eư = Rư.Iư thì dòng điện sẽ rất lớn làm cháyđộng cơ. Nếu mômen động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản rôto bắt đầu quay và suấtđiện động Eư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n. Do sự suất hiện và tăng lên của E ư , dòngđiện Iư sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn.Động cơ điện một chiều có hai nguồn năng lượng:-Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ để sinh ra từ thông kích từ.-Nguồn phần ứng được dưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp của phần ứng.Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi than trong dây quấn phần ứng có điện. Cácthanh dẫn cho dòng điện nằm trong từ trường sẽ chiụ lực tác dụng làm rôto quay. Chiềulực từ xác định theo qui tắc bàn tay trái.Khi phần ứng quay được nủa vòng, vi trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau. Do đó cóphiếu góp chiều dòng điện giữ nguyên làm cho lực từ tác động không thay đổi.Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động E ư chiều củanó được xác diịnh theo qui tắc bàn tay phảI, ở động cơ chiều SĐĐ E ư ngược chiều dòngđiện Iư nên Eư gọi là sức phản điện động.1.5 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiềuω=Ru + R fUu.MKφ( Kφ ) 2ta thấy việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện bằng cách thay đổicác đại lượng Rư ,U, Φ.Điều khiển tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện tự độngnhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất. Để đánh giá chất lượng của mộthệ thống truyền động điện thường căn cứ vào một số chỉ tiêu sau:-Sai số tốc độ:Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đặtvà được đánh giá thông qua:s% =ωd − ω× 100ωdMong muốn: sai số ωđ = ω-s% càng nhỏ càng tốt.Tính liên tục( độ trơn dải điều chỉnh)γ = ωi + 1/ωiωi + 1 ≈ ωi: hệ thống điều khiển liên tụcωi + 1 ≠ ωi : hệ thống điều khiển nhảy cấpMong muốn γ → 1: hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá trong suốtdải điều chỉnh.-Dải điều khiển tốc độDải điều khiển tốc độ ( D) là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhấtcủa tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho:D=ω maxω minMong muốn D càng lớn càng tốtNgoài ra còn các chỉ tiêu khác như: chỉ tiêu kinh tế, kích thước.1.5.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng:-Nguyên lý điều khiểnTrong phương pháp này người ta giữ U = Uđm; Φ = Φđm và nối thêm điện trở phụvào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng.Độ cứng của đường đặc tính cơ:( k.Φ dm )∆M=−∆ωR­ + R f2β=Ta thấy khi điện trở càng lớn thì β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc và do đócàng mềm hơn.ωω0Rf = 00Rf2Mc M2 M1Rf1MHình1.9 đường đặc tính cơ khi thay đổi Rfứng với Rf = 0 ta có độ cứng tự nhiên βTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiêncó độ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ.Như vậy, khi ta thay đổi Rf ta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên.-Đặc điểm của phương pháp+Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơ càngmềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn.+Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ định mức( chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm).+Chỉ áp dụng cho động cơ điện có công suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên điệntrở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điệntrong cần trục.-Đánh giá các chỉ tiêu+Tính liên tục: phương pháp này không thể điều khiển liên tục được mà phải điềukhiển nhảy cấp.+Dải điều chỉnh phụ thuộc vào chỉ số mômen tải. Tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh D= ωmax / ωmin càng nhỏ. Phương pháp này có thể điều chỉnh trong dải D = 3 : 1+Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở phụ lớn.+Chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản.1.5.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông :-Nguyên lý điều khiểnGiả thiết U= Uđm; Rư = const . Muốn thay đổi từ thông động cơ ta thay đổidòng điện kích từ.Thay đổi dòng điện trong mạch kích từ bằng cách nối nối tiếp biến trở vàomạch kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ.Bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa (Φ =Φmax) mà phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên chỉ cóthể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông Φ tức là điều chỉnh tốc độ trong vùngtrên tốc độ định mức.→ Khi giảm Φ thì tốc độ không tải lý tưởng ω o =cứng đặc tính cơ β = −( kΦ ) 2RuU dmtăng, còn độkΦgiảm, tathu được họ đặc tính cơ nằm trên đặc tính cơ tự nhiên.Khi tăng tốc độ động cơ bằng cách giảm từ thông thì dòng điện tăng và tăng vượtquá mức giá trị cho phép nếu mômen không đổi. Vì vậy muốn giữ cho dòngωo2ωωo1ωoΦđm0 Mc1Φ1Mc2Φ2MHình1.10 đặc tính cơ khi thay đổi từ thôngđiện không vượt quá giá trị cho phép đồng thời với việc giảm từ thông thì ta phảigiảm Mt theo cùng tỉ lệ.-Đặc điểm của phương pháp+Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng.+Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định mức.+Việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch.+Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều khiển vớicông suất không đổi.-Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển+Sai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển nằm trên và dốc hơn đặc tính tự nhiên.+Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy. Có thể điều khiển trơn trong dảiđiều chỉnh D = 3 :1+Tính liên tục: vì công suất của cuộn dây kích từ bé, dòng điện kích từ nhỏ nên ta cóthể điều khiển liên tục với Φ ≈ 1+Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liên tục và kinhtế ( vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ = (1 –10)%Iđm của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp).→ Đây là phương pháp gần như là duy nhất đối với động cơ điện một chiều khi cầnđiều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ điều khiển.1.5.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng:-Nguyên lý làm việcĐể điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn (máy phátđiện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển.)ở phương pháp này: U = var;Φđm = const; Rf = 0Khi thay đổi phần ứng ( thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thông của động cơđược giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lítưởng ωo = U /k.Φ thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng.Do đó ta thu được họ đặc tính mới song song và thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên tứclà vùng điều khiển tốc độ nằm dưới tốc độ định mức.ωω0ĐTTNUω01ω02U10Mc2MHình1.11 đặc tính cơ khi thay đổi Uư-Đặc điểm của phương pháp+Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng thấp.+Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.+Độ cứng đặc tính cơ cao và được giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh.+Chỉ thay đổi tốc độ về phía giảm+Rất dễ tự động hóa khi dùng chỉnh lưu có điều khiển.+Phương pháp này điều khiển với mômen không đổi vì Φ và Iư đều không đổi.-Đánh giá chi tiêu điều khiển+Sai số tốc độ lớn ( sai số tốc độ bằng sai số tốc độ của đặc tính cơ tự nhiên)+Tính liên tục: điện áp của động cơ được điều khiển bằng bộ biến đổi. Các bộ biếnđổi hiện nay đều có công suất bé nên có thể điều chỉnh liên tục.+Dải điều chỉnh có thể đạt được D = 10:1→ Đây là phương pháp duy nhất có thể điều chỉnh liên tục tốc độ động cơ trongvùng tốc độ thấp hơn tốc độ định mức đối với động cơ một chiều.⇒ Qua việc xét ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ta thấy phương pháp điềuchỉnh điện áp phần ứng là triệt để và có nhiều ưu điểm hơn cả nên ta chọn phương phápnày để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều.1.6 Đảo chiều động cơ:Hình 1.12 sơ đồ nguyên lý đảo chiều phần ứngHình 1.13 sơ đồ nguyên lý đảo chiều phần kích từ-Chiều lực từ tác dụng vào dòng điện được xác định theo qui tắc bàn tay trái. Khiđảo chiều từ thông hay đảo chiều dòng điện thì lực tư có chiều ngược lại, vậy muốnđảo chiều động cơ điện 1 chiều ta thực hiện 1 trong 2 cách như hình vẽ trên.Vàđường đặc tính cơ khi quay thuận và khi quay ngược là đối xứng nhau qua gốc tọađộ.-Nguyên lý:Khi ta thực hiện 1 trong 2 cách đảo chiều phần ứng động cơ hoặc phần kích từ thìnguyên tăc chung là:Ta muốn quay thuận thì chỉ việc ấn 2 tiếp điểm thuongf đóng T lại khi đó 2 tiếp điểmthường mở là N sẽ mở ra và dòng điện sẽ đI qua 2 tiếp điểm T  Quay thuận.Ta muốn quay ngược thì chỉ việc nhả 2 tiếp điểm T ra và ấn 2 tiếp điểm thường mở lạikhi đó dòng điện sẽ chạy qua 2 tiếp điểm N  Quay ngược.CHƯƠNG 2PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁNNhư đã tìm hiểu về động cơ điện một chiều ở chương 1, ta thấy, nguồncấp cho động cơ điện một chiều có thể có thể dùng bộ biến đổi một chiều. Vìbộ bién đổi một chiều có thể thiết kế dễ dàng nhờ các mạch chỉnh lưu sử dụngvan bán dẫn. Hơn nữa các mạch chỉnh lưu sử dụng van điều khiển còn có thểđiều khiển dễ dàng ,độ tin cậy cao. Do đó, ta đi tìm hiểu và thiết kế nguồn cấpmột chiều, qua mạch chỉnh lưu điện áp xoay chiều lấy từ lưới điện cho động cơđiện một chiều.Dưới đây là một số mạch chỉnh lưu cơ bản hay được sử dụng:• Chỉnh lưu cầu 1 pha.• Chỉnh lưu hình tia 3 pha.• Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng• Chỉnh lưu tia 2 pha.2.1 Chỉnh lưu hình cầu 1 pha2.1.1. Sơ đồ động lựcHình 2.3 Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển đối xứngHình 2.4 Giản đồ điện áp chỉnh lưu cầu 1 pha2.1.2 Nguyên lý hoạt động:Trong 1/2 chu kỳđiện áp của thyristo T1 dương (khi đó catot T2 âm) nếucấp xung điều khiển đồng thuận với điều khiển phảI cả 2 xung cùng mộtlúc thì T1 , T2 sẽ dẫn. Đến 1/2 sau thì điện áp đổi dấu anot T3 dương, catotT4 âm, nếu có xung điều khiển đồng thời cho cả 2 van thì các van được mởthông.- Góc mở van α, góc dẫn các van λ0 – α : T1, T2 dẫnα – α + λ : T3, T4 dẫn ,khóa T1 ,T2 lại.2.1.3 Công thức:Điện áp ra:2 2U2cosα = 0,9U2cosαπUIdα = dαRdIdIv =2Udα =Sba = 1,23PdUngmax = 2 U2I2 = 1,11Id2.1.4 Nhận xét:Chỉnh lưu cầu một pha sử dụng rộng rãi trong thực tế,nhất là với cấpđiện áp tải lớn hơn 10V. Dùng tải lớn tới 100A. Ưu điểm của nó là không nhấtthiết phảI có biến áp nguồn. Tuy nhiên do số lượng van gấp 2 hình tia nên sụtáp trong mạch cũng gấp 2.Do đó nó không phù hợp với tải có dạng dòng lớnnhưng áp nhỏ.2.2Chỉnh lưu hình tia 3 pha:2.2.1 Sơ đồ nguyên lý:LAT1BT2CT3RHình 2.5 Chỉnh lưu hình tia 3 phaθ4Hình 2.6 giản đồ điện áp và dòng điện chỉnh lưu tia 3 pha4102352.2.2 Nguyên lý hoạt động:Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van: khi anod của van nào dương01235hơn thì van đó mới được kích mở, thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhauđược coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn. Còn các Tiristo chỉ đượcmở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc mở tự nhiên( như vậy trongchỉnh lưu tia 3 pha, góc mở nhỏ nhất α = 0 sẽ dịch pha so với điện áp pha mộtgóc là 30o).Chỉnh lưu tia 3 pha được phân biệt bởi hai vùng mở khác nhau:Khi α < π/6 thì việc mở van bán dẫn không phụ thuộc vào tải dạng gì.Trong vùng mở điện áp dương các Tiristo dẫn liên tục: có sự chuyển mạch từvan này sang van kia, không có sự hoàn trả năng lượng về lưới. Các đườngcong Ud, Id liên tục.Khi α > π/6 thì Tiristo sẽ được mở trong khoảng nào tùy thuộc vào tíchchất của tải: nếu tải thuần trở thì đường cong điện áp và dòng điện là gián đoạncòn nếu tải điện cảm (nhất là điện cảm lớn) thì đường cong dòng điện và điệnáp là các đường cong liên tục nhờ năng lượng dự trữ trong cuộn dây đủ lớn đểduy trì dòng điện khi điện áp đổi dấu. Với tải điện cảm, Tiristo được dẫn cóphần âm điện áp nên có sự trả năng lượng về lưới.2.2.3 Công thức liên quan:Điện áp ra:Udα =-Với: α góc điều khiểnU2 tham số cố địnhDòng điện trên van:Iv =-3 6U2cosα = 1,17U2cosα2πId3Công suất biến ápSba = 1,35PdĐiện áp ngược lơn nhất trên vanUngmax = 6 U2-Trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp biến áp nguồn:-I2 = 0,58IdId trị số trung bình dòng điện ra tải2.2.4 Nhận xét:Việc điều khiển các van tương đối đơn giản.Chỉnh lưu tia 3 pha cần có biến áp nguồn để đưa điểm trung tính ra tải. Côngsuất máy biến áp này nhỏ hơn công suất 1 chiều 1,35 lần, tuy nhiên sụt áp trênvan nhỏ nên thích hợp với điện áp thấp. Vì sử dụng nguồn 3 pha nên cho phépnâng công suất tảI lên gấp nhiều lần,mặt khác độ đập mạch của điện áp chỉnhlưu giảm đắng kể nên kích thước bộ lọc nhỏ đi nhiều.2.3Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng:2.3.1 Sơ đồ nguyên lý:T2T1T4T3T6T5RLHình 2.11 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng412350401235Hình 2.12: giản đồ điện áp và dòng điện dẫn qua van2.3.2 Nguyên lý hoạt động:Theo hoạt động của chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng, dòng điệnchạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểmcần mở Tiristo chúng ta cần cấp 2 xung điều khiển đồng thời (1 xung ở nhómanod, 1 xung ở nhóm catod). Hai xung điều khiển có: một xung chính quyếtđịnh góc mở, 1 xung đêm để có dòng điện.Các van T1, T3, T5 thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm katot chung UkcCác van T2, T4, T6 thay nhau dẫn ở điểm anot chung Uac.2.3.3 Công thức liên quan:-Điện áp ra:Udα = Udocosα =-3 6U2cosαπDòng trung bình trên vanItbv =-Id3Điện áp ngược lớn nhất:Ungmax = 6 U2-Công suất máy biến áp:Sba = 1,05PdTrị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp biến áp nguồn:I2 = 0,816Id2.3.4 Nhận xét:Chỉnh lưu cầu ba pha là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế, vìnó có nhiều ưu điểm . Nó cho phép có thể đấu thẳng vào lưới điện 3 pha, độđập mạch nhỏ 5%. Nếu có sử dụng máy biến áp thì gây méo lưới điện ít hơncác loại khác. Đồng thời công suất mạch chỉnh lưu này lớn len tới vài trămKW.Nhược điểm là sụt áp trên van gấp đôI trren van của sơ đồ hình tia.2.4.Chỉnh lưu tia 2 pha:2.4.1 Sơ đồ nguyên lý:T1U2U1U2RLT2Hình 2.13 chỉnh lưu tia 2 pha432105Hình 2.14 giản đồ điên áp2.4.2 Nguyên lý hoạt động:Khi T1 được mở sẽ có dòng điện chạy qua tải và duy trì T 1 ở trạng tháidẫn tới lúc dòng điện bằng không, lúc đó điện áp đổi dấu và kích mở T 2chuyển sang dẫn.Khi tải có điện cảm thì dòng điện gián đoạn hau liên tục là do nằnglượng điện từ tích lũy trong cuộn dây lớn hay béWdt=Li2/2 phụ thuộc vào L,I do α quyết định ( nếu α càng lớn thì i2 cànglớn, vùng gián đoạn nhỏ đi).Khi tải điện cảm lớn tới mức dòng điện của van đang dẫn bằng 0 đã mởvan kế tiếp thì đường cong điện áp, dòng điện là liên tục.2.4.3 Công thức liên quan:Điện áp ra:Udα =-2 2U2cosα = 0,9U2cosαπVới α : góc điều khiểnU2 = constDòng điện trên van:Iv =Id2-Công suất biến áp:Sba = 1,48PdPd công suất tảiPd =Ud0.IdĐiện áp ngược:Ungmax = 2,83U2Trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp biến áp nguồn:I2 = 0,58Id2.4.4 Nhận xét:• Việc điều khiển các van tương đối đơn giản.• Điện áp ra tải thấp do độ sụt áp trong mạch van thấp hơn.• Việc chế tạo biến áp phức tạp, hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn.• Buộc phải có biến áp nguồn để tạo điểm giữa cho mạch hoạtđộng.II. HỆ THỐNG KÍCH TỪ:II.1. Tổng quan về hệ thống kích từ kích từ:Chức năng cơ bản của hệ thống kích từ là cung cấp dòng một chiều cho cuộndây tạo từ trường của máy điện đồng bộ. Hệ thống kích từ được điều khiển và bảovệ nhằm đáp ứng công suất kháng cho hệ thống thông qua sự điều khiền điện ápbằng cách điều khiển dòng điện kích từ.Chức năng điều khiển bao gồm việc điều chỉnh đỉnh điện áp, phân bố côngsuất và nâng cao tính ổn định của hệ thống. Chức năng bảo vệ là đảm bảo đượckhả năng của máy điện đồng bộ, hệ thống kích từ và các thiết bị khác không đượcvượt quá giới hạn.Các yêu cầu cơ bản là hệ thống kích từ cung cấp và tự động điều chỉnh dòngđiện kích từ của máy phát đồng bộ để duy trì điện áp ở đầu ra cũng như giữ chođiện áp ở đầu ra biến thiên trong phạm vi cho phép liên tục của máy phát, các yêucầu này có thể hình dung từ đường cong điện áp V. Của máy phát được trình bày ởhình 16.Độ dự trữ cho tốc độ biến thiên của nhiệt độ, hư hỏng thiết bị, quá tải địnhmức khẩn cấp … cần được quản lý công suất định mức trong trạng thái xác lập.Thông thường định mức bộ kích từ biến thiên từ 2 ÷ 3,5 kW/MVA của định mứcmáy phát.Hình 16: Đường cong điện áp V và đường cong kết hợp cho máy phát tại điện ápphần ứng định mứcNgoài ra hệ thống kích từ phải có khả năng đáp ứng quá độ bất ổn định vớitừ trường cưỡng bức phù hợp với máy phát một cách tức thời và ngắn hạn. Khảnăng của máy phát ở đây xem như được giới hạn bởi các yếu tố;+ Hư cách điện rotor ở điện áp kích từ cao.+ Nóng rotor ở dòng điện kích từ lớn.+ Nóng stator do dòng tải ở phần ứng lớn.+ Lõi bị nóng trong suốt thời gian vận hành ở trạng thái thiếu kích từ vàsinh nhiệt do mật độ từ trường cao (V/Hz).+ Giới hạn nhiệt có đặc tính độc lập với thời gian.+ Khả năng quá tải ngắn hạn của máy phát có thể mở rộng từ 15÷ 60 giây.Để đảm bảo sự sử dụng tốt nhất của hệ thống kích từ, cần biết đầy đủ khảnăng đáp ứng của máy phát ngắn hạn miễn không vượt quá giới hạn cho phép.Hệ thống kích từ sẽ giúp cho việc điều khiển điện áp có hiệu quả và nângcao tính ổn định của hệ thống. Nó sẽ có khả năng cho đáp ứng của độ bất ổn địnhmột cách nhanh chóng để nâng cao quá độ ổn định và điều chỉnh từ trường củamáy phát để nâng cao độ ổn định tĩnh .Về phương diện lịch sử, vai trò của hệ thống kích từ trong việc nâng caohiệu quả hệ thống điện được phát triển liên tục.Hệ thống kích từ đầu tiên đượcđiều khiển bằng tay để duy trì điện áp và công suất phản kháng của tải ở đầu racủa máy phát như mong muốn. Khi điện áp được điều khiển tự động lần đầu tiên,nó cho đáp ứng rất chậm. Đầu năm 1920 người ta đã sử dụng các bộ điều chỉnhđiện áp để nâng cao ổn định tĩnh và động hoạt động liên tục và có đáp ứng nhanh.Đáng chú ý việc thiết kế hệ thống kích từ ngày nay càng phát triển, các bộkích thích và điều chỉnh điện áp với đáp ứng nhanh đã sớm được đưa vào trongcông nghiệp. Hệ thống kích từ từ đó đã phát triển liên tục.Sự tiến bộ trong hệ thống điều khiển kích từ từ hơn 20 năm qua đã nhờ việcphát triển điện tử bán dẫn .Việc phát triển các mạch tích phân tín hiệu phân tự đãgiúp cho các công nghệ điều khiển phức tạp có thể thực hịên một cách dễ dàng .Sự phát triển sau cùng là kỹ thuật số đã được được đưa vào trong hệ thốngkích từ.Thyristo tiếp tục được sử dụng cho mạch công suất Chức năng điều khiển,bảo vệ, luận lý thực hiện bằng các tín hiệu số, mà các chức năng trước đó đượcthực hiện bởi mạch tín hiệu tương tự. điều khiển bằng tín hiệu số được sử dungrộng rãi ngày nay vì chúng rẻ hơn và độ tin cậy cao hơn các mạch tín hiệu tươngtự khác. Chúng tiến bộ hơn nhờ tính liên động cao, cho phép thực hiện dễ dàng cáccông nghệ điều khiển phức tạp và giao tiếp với các chức năng điều khiển, bảo vệcủa máy phát khác. Những hệ thống kích từ hiện đại thực tế có khả năng cung cấpcác đáp ứng tức thời ở điện áp rất cao.II.2. Các loại hệ thống kích từ:Qua nhiều năm phát triển hệ thống kích từ có nhiều dạng, chúng có thểđược chia thành ba loại cơ bản dựa trên nguồn năng lượng mà bộ kích từ sử dụng- Hệ thống kích từ một chiều- Hệ thống kích từ xoay chiều- Hệ thống kích từ tĩnhII.2.1. Hệ thống kích từ một chiều:Hệ thống kích từ loại này sử dụng máy phát một chiều như nguồn nănglượng kích từ và cung cấp dòng điện cho rotor của máy điện đồng bộ thông quacác vòng trượt. Máy kích từ một chiều có thể được kéo nhờ một động cơ hoặc gắnvào trục của máy phát. Nó có thể tự kích hoặc là kích từ độc lập. Khi kích từ độclập, từ trường của bộ kích từ được cấp bởi bộ kích từ nhỏ như là máy phát namchâm vĩnh cửu.Hệ thống kích từ một chiều là hệ thống ra đời sớm nhất, khoảng từ năm1920÷1960.Vào giữa những năm 1960 chúng không còn được lưu tâm nữa màđược thay thế bằng các máy kích từ xoay chiều.Hệ thống kích từ một chiều dần dần biến mất, một số hệ thống cũ hơnđược thay thế bằng một hệ thống kích từ xoay chiều hoặc hệ thống kích từ tĩnh.Trong vài trường hợp các bộ điều chỉnh điện áp độc lập được thay thế bằng các bộđiều chỉnh điện tử bán dẫn hiện đại vài hệ thống kích từ một chiều vẫn còn hoạtđộng do chúng vẫn còn yêu cầu làm mô hình trong nghiên cứu tính ổn định.Hình 18 biểu diễn sơ đồ đơn giản của hệ thống kích từ một chiều với bộkhuyếch đại quay. Nó bao gồm một máy điện một chiều (DC) để cung cấp dòngmột chiều cho cuộn kích từ máy phát chính thông qua các vòng trượt. Từ trườngmáy kích từ DC được điều khiển bằng bộ khuyếch đại điện cơ. Bộ khuyếch đạiđiện cơ là một loại đặc biệt của bộ khuyếch đại quay. Nó là một máy điện mộtchiều chế tạo đặc biệt có 02 bộ chổi than đặt lệch nhau góc 90 o về điện, một bộtrên trục d, một bộ trên trục q.Việc điều khiển từ trường cuộn dây được định vị trên trục d. Một cuôn bùmắc nối tiếp với phụ tải trên trục d sinh ra từ trường bằng và ngược chiều với dòngđiện phần ứng trên trục d do đó loại bỏ được phản hồi âm do sự phản ứng lại củadòng điện phần ứng. Bộ chổi than trên trục q bị ngắn mạch, công suất điều khiểntừ trường rất nhỏ được yêu cầu để tạo ra dòng điện lớn ở phần ứng trên trục q.Dòng điện trên trục q tạo ra theo nguyên tắc từ trường, năng lượng đượcyêu cầu để duy trì dòng điện trên trục q được cung cấp từ động cơ kéo bộ khuyếchđại điện cơ. Kết quả là tạo một thiết bị khuyếch đại công suất từ 10.000÷100.000lần và hằng số thời gian nằm trong khoảng (0,02÷0,25) giây.Hình 18: Hệ thống kích từ một chiều với bộ khuyếch đại quayBodieuAPII.2.2. Hệ thống kích từ xoay chiều:Hệ thống kích từ này sử dụng máy phát xoay chiều như là nguồn nănglượng kích từ của máy phát chính.Thường máy kích từ có cùng trục vối trục Turbine, máy phát. Điện ápxoay chiều ở ngõ ra của bộ kích từ được chỉnh lưu có điều khiển (SCR) hoặckhông có điều khiển (diode) để tạo ra dòng một chiều cần cho từ trường của máyphát. Bộ chỉnh lưu có thể là tĩnh hoặc là quaya. Hệ thống chỉnh lưu tĩnh:Với hệ thống chỉnh lưu tĩnh, ngõ ra một chiều cấp cho từ trường cuôn dâycủa máy phát chính thông qua các vòng trượt. Khi chỉnh lưu không có điều khiểnđược sử dụng, bộ điều chỉnh sẽ điều khiển từ trường của bộ kích từ xoay chiều,như thế nó sẽ điều khiển tiếp điện áp ngõ ra của bộ kích từ.

Tài liệu liên quan

• Nghiên cứu chế tạo hệ thống kích thích cho máy phát điện, ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện và thủy điện trung bình và nhỏ, thay thế hàng nhập khẩu
  • 107
  • 2
  • 34
• Bài: Máy phát điện xoay chiều ba pha
  • 12
  • 2
  • 34
• luyện thi đh kit 1 (đặng việt hùng) - máy phát điện xoay chiều ba pha (bài tập tự luyện)
  • 2
  • 997
  • 46
• thiết kế hệ thống điều khiển cho máy soi rãnh tự động bằng phương pháp GRAFCET
  • 14
  • 1
  • 3
• thiết kế bộ điều khiển kích từ cho máy phát điện xoay chiều có tham số sau u= 400v, i= 300a, ukt= 48v, ikt= 3,5a
  • 23
  • 869
  • 6
• thiết kế bộ điều khiển kích từ cho máy phát điện xoay chiều có tham số sau u=400v,i=300a,ukt=48v,ikt=3,5a
  • 28
  • 1
  • 9
• thiết kế bộ điều khiển kích từ cho máy phát điện xoay chiều có tham số sau u= 400v, i=200a, ukt=20v, ikt=25a
  • 6
  • 1
  • 63
• Máy phát điện xoay chiều ba pha
  • 12
  • 850
  • 0
• Bài giảng vật lý : Máy phát điện xoay chiều ba pha part 2 pdf
  • 6
  • 595
  • 1
• Bài giảng vật lý : Máy phát điện xoay chiều ba pha part 1 pps
  • 6
  • 569
  • 1

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(1.49 MB - 44 trang) - Thiết kế hệ thống kích từ cho máy phát điện xoay chiều ba pha Tải bản đầy đủ ngay ×