ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

12

Hình 1.10 Đồ thị véc tơ sức điện động của
máy phát điện đồng bộ ở tải thuần cảm Để có được đặc tính đó phải điều chỉnh r
t
và Z ( khi đó phải có cuộn cảm có
thể điều chỉnh được ) sao cho I = I
đm
. Dạng của đặc tính tải thuần cảm như đường
3 trên hình 1.9 và đồ thị véc tơ tương ứng với chế độ làm việc đó khi bỏ qua trị số
rất nhỏ của r
ư
như hình 1.10.
III.6 Tổn hao và hiệu suất 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
75
o

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

13
tuabin nước công suất lớn, tốc độ chậm thì tổn hao trong dây quấn phần tĩnh và
trong dây quấn kích từ chiến khoảng 35%, còn tổn hao trong lõi thép Stator thì
chiếm tới 37%. Đối với máy phát tuabin nước tổn hao phui có thể chiếm tới 11%,
đối với máy phát tuabin hơi chủ yếu là tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch vào
khoảng 18%.
Hiệu suất của các máy điện đồng bộ được xác định theo biểu thức : η =
2
2
P
Pp+
∑

Trong đó P
2
– công suất đầu của máy.
Σp – tổng tổn hao trong máy.
Hiệu suất của các máy phát điện làm lạnh bằng không khí công
suất 0,5÷3000kW 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
0,8%.


ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu D
và l. Về mặt tiết kiệm nhiên liệu thì nên chọn A và B
δ
lớn, nhưng nếu A và B
δ

quá lớn thì tổn hao đồng và sắt cũng tăng lên, làm máy quá nóng, ảnh hưởng đến
tuổi thọ sử dụng máy. Do đó khi chọn A và B
δ
cần xét đến chất lượng vật liệu sử
dụng. Nếu dùng vật liệâu sắt từ tốt có thể chọn B
δ
lớn. Dùng dây đồng có cấp
cách điện cao thì có thể chọn A lớn. Ngoài ra tỷ số giữa A và B
δ
cũng ảnh hưởng
đến đặc tính làm việc của máy phát điện vì A đặc trưng cho mạch điện còn B
δ

đặc trưng cho mạch từ.
Các thông số ban đầu :
Công suất định mức máy phát : P
đm
= 12kVA
Điện áp định mức : U
đm
= 400V
Tần số : f = 50Hz
Tốc độ định mức : n = 1500vg/ph
Hệ số công suất : cosϕ = 0,8

0,8 (0,6 0,125) 1, 08
Edmdm
KE x
σ
ϕϕ
δ
== + + =
=++ =

Với
22
sin 1 cos 1 0,8 0,6
dm
ϕϕ
=− =− =

Và thường đối với máy phát thì x
σ
∗
= 0,06 ÷ 0,15 ta chọn x
σ
∗
= 0,125
3. Dòng điện pha định mức :
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

15

12000
17,321 ( )

D
D
Dcm
K
== =

Trong đó K
D
được xác định theo số đôi cực K
D
= 0,66 ÷ 0,7 với 2p = 4.
Ta chọn K
D
= 0,68
Theo bảng 11.2 [1] ta chọn đường kính ngoài D
n
= 32,7 (cm). Chiều
cao tâm trục h = 20 (cm). 7. Bước cực :

. .22,3
17,514 ( )
24
D
cm
p
π
π

dl
- hệ số dây quấn. Với máy có P = 12kVA và 2p = 4 thì hệ
số dây quấn nằm trong khoảng 0,91 ÷ 0,92. Do đó chọn k
dl
= 0,92
α
δ
- hệ số cung cực từ. Chọn α
δ
= 0,66
k
s
- hệ số dạng sóng. Chọn k
s
= 1,15
α
δ
.k
s
- tích số. α
δ
.k
s
= 0,75
A - tải đường. Theo hình 11.4 [1] với bước cực τ
= 17,514(cm) ta có A = 162 (A/cm)
B
δ
- tải điện từ. Theo hình 11.4 [1] với bước cực τ
= 17,514(cm) ta có B

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC STATOR,
DÂY QUẤN STATOR
VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ

10. Sơ bộ định chiều dài lõi sắt Stator :

''
1
13,5 ( )ll cm
δ
==

11. Với máy có công suất P = 12kVA và có chiều dài lõi sắt l = 13,5cm thì ta
chọn loại thép cán nguội 2211, với chiều dài ngắn lõi sắt có thể ép thành
một khối, không cần rãnh thông gió.
12.Số mạch nhánh song song của dây quấn Stator :
Do dòng điện pha tính ra I = 17,321A < 50A cho nên lấy a = 1 nhánh
13.Số rãnh mỗi pha dưới mỗi cực :
Với 2p < 8 thì chọn q là số nguyên trong khoảng q = 3÷ 5, trong đó trị số
lớn dùng cho máy có số đôi cực ít. Do đó chọn q = 3 rãnh.
14.Số rãnh Stator Z
1
:

1
2. . . 2.3.2.3 36Zmpq===(rãnh)
15. Bước rãnh t
1

(rãnh)
Chọn số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh
1
18
r
u
=
(rãnh)
17. Với điện áp U = 400V, chiều cao tâm trục h = 20cm ta chọn dây quấn hai
lớp phần tử mềm đặt vào rãnh nửa kín.
18. Số vòng dây của một pha :

1
1
1
. . 2.3.18
108
1
r
pqu
W
a
===
(vòng)
Tính lại tải đường A :

1
2. . .
2.3.108.17,321
160,21 ( / )

lớn. Tuy nhiên với máy có P = 12kVA có thể dùng dây dẫn tiết diện tròn
và mật độ dòng điện khi cách điện cấp B có thể đến J
1
= (6,9 ÷
7,5)A/mm
2
đối với máy 2p = 4. Do đó sơ bộ ta chọn tích số AJ
1
=
1279(A
2
/cm.mm
2
).
Mật độ dòng điện là :

2
1
1
1279
7,983 ( / )
160,21
tt
AJ
J
Amm
A
== =

20. Tiết diện dây sơ bộ :

Đường kính dây kể cả cách điện :
d
cđ
= 1,12(mm)
Tính lại mật độ dòng điện J
1
:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

18

2
1
11
17,321
6,801 ( / )
. . 1.3.0,849
I
J
Amm
ans
== =

21. Kiểu dây quấn :
Chọn dây quấn hai lớp bước ngắn với y <
τ1 bước dây quấn y = 8.

1
36
9

.sin 3.sin
22
r
q
k
q
α
α
== =

Trong đó :
.360 3.360
20
36
oo
o
p
Z
α
===
24. Hệ số dây quấn : . 0,985.0,960 0,946
dl y r
kkk== =

25. Từ thông khe hở không khí :
. . 0,65.17,514.13,5
B
T
δ
δδ
ατ
Φ
== =
l

Trong đó : Hệ số cung cực từ α
δ
= 0,65
Bước cực τ = 17,514(cm)
Chiều dài phần ứng
13,5 ( )cm
δ
=
l

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

19
tới 3
A
1 tới
tới 29
2 tới
tới 30
3 tới

tới 1 tới 2
29 tới
30 tới
32 tới
tới 5
32 tới
36 tới
tới 8

27. Sơ bộ định chiều rộng của răng :
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

2011
1
11

0,690.13,5.1,95
'0,80()
. . 1,8.13,5.0,95
z
zc
Blt
bcm
Blk
δ
== =


= 1,55T theo bảng 10.5a [1] .
29. Chọn dạng rãnh Stator :
Chọn rãnh Stator có dạng hình quả lê, nửa kín. Nó có kích thước và cách
điện như sau :
Chọn chiều cao miệng rãnh : h
41
= 0,5mm
Bề rộng miệng rãnh : b
41
= d
cđ
+ 1,5 = 1,08 +1,5 = 2,6mm
Chiều dầy cách điện rãnh : c = 0,4mm
Chiều dầy cách điện của nêm : c’ = 2,0mm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

21

Hình 2.1 Kích thước rãnh Stator

30. Đường kính d
2
của rãnh : 41 1
2
.( 2. ) ' .

1
.( 2. ' ) ' .
.(32,7 2.3) 0,98.36
1, 20 ( )
36
ngz
Dh bZ
d
Z
cm
π
π
π
π
−−
==
+
−−
==
+
32. Chiều cao rãnh :

1
1
2. '
32,7 22,3 2.3
2, 2 ( )

12
22
22
.( )
'.()
822
.(1,20 1,10 ) 1,20 1,10 1,10
.(1 ) 1,558 ( ) 155,8 ( )
822
r
dd dd d
Sh
cm mm
π
π
++
=+−=
++
=+−==

35. Diện tích cách điện rãnh :

ππ
ππ
⎡⎤
=+++ + =
⎢⎥
⎣⎦
⎡⎤
=+++ + = =
⎢⎥
⎣⎦

36. Diện tích có ích của rãnh : 2
' 155,8 59,3 96,5 ( )
rrcd
SSS mm=−= − =

37. Hệ số lấp dầy rãnh : 2
2
11

18.3.1,12
0,702
96,5
rcd
[
]
[]
41 12
11
.2.( )
"'
.22,3 2.(0,05 1)
1,20 0,93 ( )
36
z
Dhh
bd
Z
cm
π
π
++
=−=
++
=−=11
1
""'0,950,93
0,94 ( )
22