Đặt các thiết bị bù ngang có điều chỉnh để thay đổi tổn thấtđiện áp trên đường dây, có thể dùng bộ tụ điện, máy bù đồng bộ hoặc động cơđiện đồng bộ có điều chỉnh kích từ.. Các thiết bị s
TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN
Nhà máy điện
Một nhà máy điện bao gồm rất nhiều thành phần:
Đối với nhà máy thủy điện cần phải có những công trình chính sau:
- Đập ngăn hoặc dâng nước tạo thành hồ chứa
- Công trình lấy nước cho nhà máy thủy điện.
- Công trình tàu bè đi lại trên hệ thống đường thủy
Khu nhà máy là khu vực sản xuất điện năng chuyên chuyển hóa năng lượng nước thành điện năng để cung cấp vào hệ thống điện theo nhu cầu tiêu thụ Tại khu vực nhà máy, có các công trình quan trọng đảm bảo quá trình sản xuất điện diễn ra hiệu quả, như các thiết bị chuyển đổi năng lượng và hệ thống truyền tải điện Việc vận hành và quản lý các công trình này đóng vai trò then chốt trong việc duy trì nguồn điện ổn định, đáp ứng nhu cầu sử dụng của cộng đồng.
- Nhà máy thủy điện và các thiết bị tổ máy.
- Trạm phân phối điện cao áp.
- Các phòng phục vụ cho nhà máy.
Nhà máy nhiệt điện có yêu cầu về nguồn nhiên liệu khác biệt so với nhà máy thủy điện Trong khi nhà máy thủy điện dựa chủ yếu vào nguồn nước để cung cấp năng lượng, thì các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam chủ yếu sử dụng than – nguồn nhiên liệu phong phú và phổ biến Việc khai thác và sử dụng than giúp đảm bảo nguồn cung ổn định, đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của đất nước.Thông tin này nhấn mạnh sự khác biệt trong nguồn cung năng lượng giữa nhà máy nhiệt điện và thủy điện, đồng thời nêu bật vai trò của than trong ngành năng lượng Việt Nam.
Việc xây dựng nhà máy nhiệt điện gần nguồn nhiên liệu là yếu tố bắt buộc để đảm bảo hiệu quả kinh tế và vận hành tối ưu của nhà máy điện Điều này giúp giảm chi phí vận chuyển và nâng cao năng suất hoạt động của nhà máy nhiệt điện Vị trí gần nguồn nhiên liệu không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn góp phần tăng tính cạnh tranh của ngành năng lượng Việt Nam.
Hệ thống trong nhà máy nhiệt điện bao gồm:
- Hệ thống lò hơi công suất lớn.
Việc cung cấp điện năng cho hệ thống điện nói chung của nhà máy điện là giống nhau.
Nhà máy điện hạt nhân.
Nhà máy nhiệt điện này đặc biệt khác với các nhà máy thông thường do sử dụng năng lượng nguyên tử làm nhiên liệu chính Việc sinh nhiệt từ năng lượng nguyên tử mang lại nhiều lợi ích về hiệu suất, nhưng cũng đặt ra yêu cầu cao về an toàn để đảm bảo môi trường và cộng đồng luôn được bảo vệ Chính vì vậy, các biện pháp kiểm soát an toàn nghiêm ngặt và tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế là cực kỳ cần thiết để vận hành nhà máy một cách an toàn và hiệu quả.
Còn các yếu tố còn lại không khác gì nhà máy nhiệt điện.
Tìm hiểu chung về máy phát điện đồng bộ
Máy phát điện đồng bộ (MFĐ) thường được kết nối với tuốc-bin hơi hoặc tuốc-bin nước, gọi chung là máy phát tuốc-bin hơi hoặc tuốc-bin nước Đối với tuốc-bin hơi, với tốc độ cao hàng nghìn vòng/phút, máy phát thường có thiết kế rô-to cực ẩn, đường kính nhỏ nhằm giảm thiểu lực ly tâm Trong khi đó, với tuốc-bin nước có tốc độ thấp hơn, rô-to thường dạng cực lồi, và đường kính có thể lên tới 15m tùy thuộc vào công suất của máy.
MFĐ ba pha (MFĐ3) là loại máy phát điện trong đó dòng điện một chiều được sử dụng để kích thích cực từ mà không qua vành đổi chiều Cực từ của MFĐ3 thường được đặt ở phần quay, trong khi dây quấn phần ứng với 3 điểm đối xứng được nối ra ngoài tải và đặt ở phần tĩnh Ngoài ra, thiết kế cũng có thể đặt cực từ ở phần tĩnh và dây quấn phần ứng ở phần quay, tương tự như cấu trúc của máy điện một chiều hoặc máy điện đồng bộ công suất nhỏ, mà nguyên lý hoạt động vẫn giữ nguyên.
Nguyên lý làm việc cơ bản như sau:
Máy phát điện đồng bộ có Stator với dây quấn 3 pha đặt cách nhau 120° trong không gian, tạo phần ứng sinh ra điện áp cung cấp cho tải Rotor của máy phát, có dây quấn cực từ, đóng vai trò tạo từ trường cần thiết để sinh nội dung điện Cấu tạo của dây quấn cực từ của rotor phụ thuộc vào loại máy phát: với máy phát tuốc bin thấp tốc, cực lồi, còn với máy phát tốc cao như Diesel, tuốc bin hơi, khí, thì có cực ẩn.
Khi rotor quay với tốc độ n, từ trường cực từ quét qua các dây quấn phần ứng, sinh ra sức điện động xoay chiều Sức điện động này có pha lệch nhau 120 độ theo chu kỳ thời gian và tần số được xác định bởi công thức f = (Hz), trong đó p là số cặp cực của máy.
Khi MFĐ3 hoạt động khép mạch với tải, dòng điện 3 pha chạy qua ba dây quấn với lệch pha về thời gian, tạo ra từ trường quay sinh ra từ trường quay với tốc độ n1 = (vòng/phút) Điều này giúp cải thiện hiệu suất làm việc của máy, đảm bảo hoạt động ổn định và tối ưu hóa quá trình chuyển đổi năng lượng Từ trường quay này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra lực từ và chuyển đổi năng lượng từ điện sang cơ học.
Rotor được chế tạo từ thép hợp kim chất lượng cao, được rèn thành khối hình trụ chắc chắn Các công đoạn gia công phay rãnh trên rotor giúp tạo vị trí cho dây quấn kích từ một cách chính xác Phần không gia công rãnh hình thành mặt cực từ, đảm bảo hiệu suất hoạt động của rotor trong máy móc.
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Dòng điện kích từ 1 chiều thường được cung cấp bởi một máy phát điện
1 chiều, hoặc xoay chiều được chỉnh lưu (có hoặc không có vành trượt), nối chung trục với MFĐ
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Máy cực lồi được thiết kế dành cho các máy phát điện có tốc độ quay thấp, khác biệt hoàn toàn so với máy cực ẩn Đặc điểm nổi bật của máy cực lồi là đường kính Rotor lớn, lên tới 15 mét, trong khi chiều dài l của Rotor lại rất nhỏ, với tỷ lệ chiều dài trên đường kính chỉ từ 0,15 đến 0,2, giúp tối ưu hiệu suất và độ ổn định trong vận hành.
Rotor của MFĐ cực lồi có công suất nhỏ và trung bình, được chế tạo với lõi thép bằng thép đúc và gia công thành hình trụ có đặt cực từ, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu Trong các máy lớn, lõi thép thường được làm từ các tấm thép dày (từ 1-6mm), dập hoặc đúc định hình thành các khối lăng trụ để tăng độ bền và khả năng chịu lực Lõi thép này thường không trực tiếp lồng vào trục máy mà được đặt trên giá đỡ riêng, sau đó lắp vào trục của máy, giúp dễ dàng tháo lắp và bảo trì.
Cực từ được đặt trên lõi thép rotor, được chế tạo từ các lá thép dày 1-1,5 mm để đảm bảo độ bền và hiệu suất Đuôi cực có hình dạng T hoặc được cố định bằng các bu-lông xuyên qua mặt cực và vít chặt vào lõi thép rotor, giúp đảm bảo tính chắc chắn và ổn định trong quá trình hoạt động của máy.
Dây quấn kích từ của MFĐ được chế tạo từ dây đồng trần hình chữ nhật, quấn thành các cuộn mỏng, cách điện bằng mica hoặc amiang, sau đó lồng vào thân cực Dây quấn cản được đặt ở trên các đầu cực, cấu tạo như kiểu dây quấn lồng sóc của máy điện không đồng bộ, gồm các thanh đồng đặt vào rãnh và kết nối với các vòng ngắn mạch Stator của MFĐ cực lồi có cấu tạo tương tự như kiểu cực ẩn, và để đảm bảo vận hành ổn định, các yếu tố về kết cấu điện, cơ học và hệ thống làm mát đều được thiết kế phù hợp với từng loại MFĐ, phù hợp với môi trường làm việc Hệ thống làm mát bằng gió dành cho các MFĐ công suất nhỏ, với các khoang thông gió nằm giữa vỏ máy và lõi thép stator, đầu trục gắn cánh quạt giúp thổi khí qua các khoang này khi máy quay Vỏ máy còn được trang bị các sống gân hoặc cánh tản nhiệt nhằm tăng diện tích tiếp xúc trao đổi nhiệt, trong khi các máy công suất lớn thường được làm mát bằng nước hoặc khí để đảm bảo hiệu quả vận hành tối ưu.
các đặc tính của máy phát điện đồng bộ
- Đặc tính không tải E=Uo =f(it) khi I=0 và f=fđm khi I= 0 và f= fđm
- Đặc tính ngắn mạch U = f(it) khi U = 0 ; f = fđm
- Đặc tính ngoài U = f(I) khi it = const ; cosφ =const ; f = fđm
- Đặc tính điều chỉnh it = f(I) khi U = const ; cosφ = const ; f =fđm
- Đặc tính tải U= f(it) khi I = const ; cosφ = const ; f= fđm
1.3.1 Đặc tính không tải. Đặc tính không tải là quan hệ giữa sức điện động E cảm ứng ra quận dây stator với dòng điện kích từ khi dòng điện tải bằng không trong hệ đơn vị tương đối với: E*= và i* E *
Hinh 1.1 Đặc tính không tải
1.3.2 Đặc tính ngắn mạch và tỉ số ngắn mạch.
Trong bài viết, đặc tính ngắn mạch mô tả mối quan hệ giữa dòng điện tải khi xảy ra ngắn mạch và dòng điện kích từ khi điện áp bằng không và tần số bằng định mức Khi bỏ qua điện trở của dây quấn phần ứng, mạch điện của dây quấn phần ứng trong trạng thái ngắn mạch trở thành mạch thuần cảm với cảm kháng lệch pha 90 độ Điều này giúp hiểu rõ hơn về phản ứng của máy điện khi gặp sự cố ngắn mạch và ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống điện.
Vậy ta có đồ thị véc tơ: jIx d jIx ưd jIx ưσ
Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy không bão hoà vì từ thông khe hở không khí Φσ cần thiết để sinh ra
Eσ = E – Ixưd = Ixσư Rất nhỏ, Như vậy quan hệ I = f(It) là đường thẳng
Hình 1.3 Đặc tính ngắn mạch
Tỷ số ngắn mạch K là chỉ số thể hiện tỷ lệ dòng điện ngắn mạch Ino so với dòng điện kích thích sinh ra suất điện động E = Uđm khi máy không tải Đây là một thông số quan trọng trong phân tích hoạt động của máy điện, giúp đánh giá khả năng chịu quá tải và độ ổn định của hệ thống điện Việc xác định tỷ số ngắn mạch chính xác giúp đảm bảo an toàn và tối ưu hóa vận hành các thiết bị điện công nghiệp và truyền tải điện năng.
K= ( Trong đó: Ino= ) xd là tri số bão hòa của điện kháng dọc trục ứng với Uđm=E
Tỷ số ngắn mạch K là một hằng số quan trọng trong máy điện đồng bộ Máy có giá trị K lớn mang lại ưu điểm về khả năng duy trì ổn định điện áp, vì sự thay đổi điện áp ΔU nhỏ Do đó, máy điện đồng bộ có tỷ số ngắn mạch cao đảm bảo hoạt động ổn định khi công suất tải thay đổi, nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống điện.
1.3.3 Đặc tính ngoài và độ thay đổi điện áp ∆U đm của máy phát đồng bộ. Đặc tính ngoài là quan hệ điện áp đầu ra của máy phát khi dòng điện tải thay đổi với dòng điện kích từ, hệ số công suất và tần số là không đổi
Dòng điện it - ứng với Uđm ; Iđm ; cosφ= const ; f = fđm - được gọi là dòng điện từ hoá định mức.
Dạng đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ phụ thuộc vào tính chất tải Khi tải có tính cảm, tăng dòng điện I sẽ làm phản ứng khử từ của phần ứng tăng, gây giảm điện áp và đường biểu diễn đi xuống Ngược lại, khi tải có tính dung, tăng dòng I sẽ làm phản ứng phần ứng trợ từ, làm điện áp tăng và đường biểu diễn đi lên Độ thay đổi điện áp định mức (ΔUđm) của máy phát điện thể hiện mức độ biến đổi điện áp khi tải thay đổi từ mức định mức với cosφ = cosφđm đến không tải, trong điều kiện dòng điện kích thích không thay đổi.
1.3.4 Đặc tính điều chỉnh. Đặc tính điều chỉnh là quan hệ của dòng kích từ với dòng điện tải để luôn giữ cho điện áp không thay đổi Nó cho biết hướng điều chỉnh dòng điện it của máy phát đồng bộ để giữ cho điện áp ra U ở đầu máy phát không đổi
Hình 1.5 Đặc tính điều chỉnh
Ta thấy với tải cảm khi I tăng, tác dụng của phản ứng phần ứng tăng làm cho
Để duy trì điện áp không đổi khi U giảm, cần tăng dòng điện từ hoá ít Ngược lại, khi dòng tải tăng, muốn giữ điện áp ổn định, phải giảm dòng điện từ hoá Thường thì hệ số công suất cosφ đạt khoảng 0,8 (thuần cảm), do đó, từ thông tải (U = Uđm; I = 0) đến tải định mức (U = Uđm; I = Iđm), dòng điện từ hoá cần phải tăng để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống.
1.3.5 Đặc tính tải Đặc tính tải là quan hệ giữa điện áp đầu ra của MFĐ với dòng kích từ khi tải là không đổi Với các trị số khác nhau của I và cosφ sẽ có các đặc tính tải khác nhau, trong đó có ý nghĩa nhất là đặc tính tải thuần cảm ứng cosφ = 0 (φ = 90 0 ) và I = Iđm Đặc tính tải thuần cảm có thể suy ra được từ đặc tính không tải và tam giác điện kháng
Từ đặc tính ngắn mạch (đường 2) để có trị số In = Iđm dòng điện kích thích itn hoặc sức từ động Ftn cần thiết bằng Ftn=itn = OC
Khi máy hoạt động ở chế độ ngắn mạch, sức từ động của cực từ Ftn = OC gồm hai phần chính Một phần nhằm khắc phục phản ứng khử từ của phần ứng BC, phần còn lại OB = OC – BC sẽ tạo ra suất điện động tản từ Hiểu rõ cơ chế này giúp tối ưu hiệu suất làm việc của máy điện và nâng cao hiệu quả chuyền đổi năng lượng.
Fσư = Iđmxσư = AB ( A nằm trên đoạn thẳng của đặc tính không tải đường 1 vì lúc đó mạch từ không bão hoà).
Tam giác điện kháng ABC là hình tam giác đặc biệt trong phân tích điện điện kháng, trong đó các cạnh BC và AB tỉ lệ với dòng tải định mức Iđm Việc tịnh tiến tam giác này sao cho điểm A phù hợp với đặc tính không tải giúp xác định đặc tính thuần cảm của đỉnh C (đường 3) Những đặc tính này giúp hiểu rõ hơn về phản ứng của hệ thống điện khi có tải và tối ưu hóa thiết kế mạch điện.
Các phương pháp điều chỉnh điện áp
Để điều chỉnh điện áp ta có thể sử dụng các phương pháp sau đây:
1 Điều chỉnh điện áp máy phát điện bằng điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát.
2 Điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp tăng áp và của máy biến áp giảm áp bằng cách đặt đầu phân áp cố định hoặc điều áp dưới tải.
3 Điều chỉnh điện áp trên đường dây tải điện bằng máy biến áp điều chỉnh và máy biến áp bổ trợ.
4 Đặt các thiết bị bù ngang có điều chỉnh để thay đổi tổn thất điện áp trên đường dây, có thể dùng bộ tụ điện, máy bù đồng bộ hoặc động cơ điện đồng bộ có điều chỉnh kích từ.
5 Đặt thiết bị bù dọc trên đường dây để thay đổi điện kháng đường dây nhằm thay đổi tổn thất điện áp
Điểm thực hiện điều chỉnh điện áp có thể là tại nhà máy điện, trên hệ thống mạng điện khu vực, mạng điện địa phương hoặc ngay tại thiết bị tiêu thụ điện.
Theo bản chất vật lý, có hai phương pháp chính để điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện là tăng thêm nguồn công suất phản kháng (phương pháp 1 và 4) hoặc phân bố lại công suất phản kháng trong mạng lưới (các phương pháp còn lại) Phương pháp phân bố công suất phản kháng chỉ hiệu quả khi hệ thống đủ công suất phản kháng, còn khi hệ thống thiếu công suất này, cách duy nhất để duy trì ổn định điện áp là tăng cường nguồn công suất phản kháng Để đạt hiệu quả cao trong điều chỉnh điện áp, quá trình này được chia thành ba giai đoạn theo thứ tự thời gian: điều chỉnh sơ cấp, điều chỉnh thứ cấp và điều chỉnh cấp ba, phù hợp với quy trình của hệ thống điện lực.
Điều chỉnh sơ cấp là quá trình đáp ứng nhanh và tức thời với các biến đổi ngẫu nhiên của thiết bị điều chỉnh điện áp máy phát và các máy bù tĩnh, nhằm duy trì điện áp lưới ở mức an toàn Quá trình này tự động thực hiện trong vòng vài chục phần trăm giây để tránh nguy cơ suy áp, đảm bảo hoạt động bình thường của hệ thống điện ngay cả khi gặp sự cố.
Điều chỉnh thứ cấp là quá trình điều chỉnh các giá trị điện áp chỉnh định của thiết bị điều chỉnh sơ cấp trong phạm vi quản lý, nhằm đối phó với các biến đổi chậm của điện áp Quá trình này cũng bao gồm việc điều chỉnh các tụ bù, kháng điện và máy biến áp điều áp dưới tải trong từng miền, nhằm duy trì ổn định điện áp Thời gian thực hiện quá trình điều chỉnh thứ cấp thường kết thúc trong vòng 3 phút, đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục và ổn định.
Điều chỉnh cấp 3 nhằm điều hòa mức điện áp giữa các miền điều chỉnh thứ cấp, giúp tối ưu hóa độ ổn định của hệ thống điện theo tiêu chuẩn về kinh tế và an toàn Quá trình điều chỉnh này có thể được thực hiện tự động hoặc thủ công, do hệ thống điều độ trung tâm đảm nhiệm để đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định của hệ thống điện.
1.4.1 Các thiết bị điều chỉnh điện áp
Việc điều chỉnh điện áp trong phạm vi cho phép là một thách thức phức tạp do hệ thống liên kết nhiều nguồn và phụ tải ở tất cả các cấp của hệ thống điện Để đảm bảo ổn định điện áp, không chỉ giữ điện áp tại một điểm mà còn cần duy trì ổn định tại nhiều điểm khác nhau trên toàn hệ thống theo chiều ngang và chiều dọc Điều này đòi hỏi các phương pháp điều chỉnh điện áp tiên tiến và sự phối hợp chặt chẽ giữa các thành phần của hệ thống điện để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.
Vấn đề điều chỉnh điện áp đóng vai trò xuyên suốt trong toàn bộ hệ thống mạng lưới điện Để đảm bảo ổn định và hiệu quả vận hành, hệ thống cần sử dụng một số lượng lớn các thiết bị điều chỉnh điện áp phù hợp Các thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong duy trì mức điện áp ổn định, hạn chế sự biến động và bảo vệ các thiết bị điện khỏi các sự cố về điện áp Vì vậy, việc lựa chọn và lắp đặt các thiết bị điều chỉnh điện áp phù hợp là yếu tố then chốt để tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.
Việc lựa chọn và phối trí các thiết bị điều áp là một trong những vấn đề lớn của kỹ thuật hệ thống điện
Các thiết bị sử dụng để điều chỉnh điện áp gồm có:
- Đầu phân áp của máy biến áp
- Máy biến áp điều áp dưới tải
- Máy biến áp bổ trợ và máy biến áp điều chỉnh đường dây
- Bộ tụ điện có điều chỉnh
Động cơ đồng bộ có điều chỉnh kích từ giúp kiểm soát dòng điện và công suất trong hệ thống điện Trong đó, đầu phân áp của máy biến áp nằm ở đầu dây cao áp, ngoài ra còn có các đầu ra phụ gọi là đầu phân áp, cho phép thay đổi số vòng dây của cuộn cao để điều chỉnh hệ số biến áp Máy biến áp điều chỉnh áp dưới tải giúp duy trì điện áp ổn định, nâng cao hiệu quả truyền tải và phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu điều chỉnh điện áp linh hoạt.
Máy biến áp điều áp dưới tải là thiết bị có khả năng thay đổi đầu phân áp khi đang mang tải, giúp điều chỉnh điện áp hiệu quả trong hệ thống điện Khác với các loại máy biến áp thông thường, máy biến áp điều áp dưới tải được trang bị bộ chuyển đổi đầu phân áp nhiều hơn, mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp để phù hợp với các yêu cầu khác nhau Ngoài ra, trong hệ thống điện còn có các loại máy biến áp bổ trợ và máy biến áp điều chỉnh đường dây, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì ổn định chất lượng điện năng và đảm bảo sự vận hành liên tục của lưới điện.
Máy biến áp bổ trợ được sử dụng phổ biến trong hệ thống điện để điều chỉnh điện áp dưới tải, đảm bảo hoạt động ổn định của mạng điện Nó có cấu tạo với một cuộn dây nối tiếp với nguồn điện có thể thay đổi, giúp điều chỉnh mức điện áp phù hợp Cuộn dây này nhận điện từ cuộn thứ cấp của máy biến áp phụ, trong khi cuộn sơ cấp của máy biến áp phụ tiếp xúc trực tiếp với nguồn điện mạng, đảm bảo sự truyền tải hiệu quả và ổn định trong hệ thống điện.
Tùy vào cách đấu nối cuộn dây của máy biến áp bổ trợ và máy biến áp phụ, chúng ta có thể tạo ra sức điện động phụ E lệch pha hoặc cùng pha với điện áp Để điều chỉnh điện áp ngang, cần áp dụng điện áp vào cuộn dây của máy biến áp bổ trợ sao cho vuông góc với pha đang khảo sát Trong khi đó, để điều chỉnh điện áp dọc, cuộn sơ của máy biến áp phụ phải được nối vào cùng pha với pha đang khảo sát, giúp duy trì sự ổn định và kiểm soát phù hợp của hệ thống.
Bộ điều chỉnh đường dây chỉ sử dụng một máy biến áp với cuộn thứ cấp kết nối nối tiếp trên đường dây, giúp tăng hoặc giảm điện áp một cách linh hoạt Trong các hệ thống mạng điện công nghiệp, phần lớn đều sử dụng máy biến áp để điều chỉnh điện áp và duy trì ổn định cho hệ thống Máy bù đồng bộ cùng với bộ điều chỉnh đường dây đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng điện năng và ổn định điện áp trong mạng lưới điện công nghiệp.
Máy bù đồng bộ là loại động cơ đồng bộ hoạt động trong chế độ không tải, không mang tải trên trục Nó chủ yếu sản xuất công suất phản kháng trong hệ thống điện mà không tiêu thụ công suất tác dụng, giúp cải thiện hệ số công suất hiệu quả So với động cơ đồng bộ truyền thống, máy bù đồng bộ có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn nhờ trục nhỏ hơn, mang lại nhiều lợi ích về thiết kế và tiết kiệm không gian lắp đặt.
Điều chỉnh điện áp ở nhà máy điện
1.5.1 Điều chỉnh điện áp ở máy phát điện Điện áp ở thanh cái máy phát có thể điều chỉnh được trong khoảng ± 5% so cới điện áp định mức của nó Ở chế độ phụ tải cực đại do tổn thất trong mạng lớn nên để đảm bảo chất lượng điện năng điện áp ở máy phát cần giữ cao Ngược lại trong chế độ phụ tải cực tiểu, tổn thất điện áp trong mạng điện nhỏ cần phải giảm thấp điện áp đầu cực máy phát.
1.5.2 Điều chỉnh ở máy biến áp tăng áp
Yêu cầu điện áp tại thanh cái cao áp của máy biến áp tăng áp phụ thuộc vào cân bằng công suất phản kháng của hệ thống điện trong các chế độ cực đại và cực tiểu Để đảm bảo điện áp hoạt động đúng chuẩn, việc lựa chọn đầu phân áp phù hợp là rất quan trọng Điều này giúp duy trì ổn định điện áp và nâng cao hiệu suất của hệ thống truyền tải điện năng.
Khi đặt điện áp đầu vào của máy biến áp bằng điện áp định mức của cuộn hạ áp (UH), điện áp đầu ra khi không tải là UPa và khi có tải là UPa - UB Trong đó, UPa là điện áp của đầu phân áp cần được chọn để đảm bảo hoạt động hiệu quả của máy biến áp.
UB là tổn thất điện áp trong máy biến áp.
Khi điện áp vào Uv(UF) khác với UH(UFđm) thì điện áp ra UR cũng khác đi với cùng một tỉ lệ.
Từ đó ta suy ra được:
Khi biết điện áp yêu cầu chính là UR trong các chế độ phụ tải và biết
UB thì ta có thể lựa chọn đầu phân áp UPa phối hợp với UF để điều chỉnh điện áp.
1.5.3 Điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi dòng công suất phản kháng
Nhu cầu công suất phản kháng của phụ tải biến đổi theo thời gian, yêu cầu nguồn cung cấp phải linh hoạt điều chỉnh để đáp ứng phù hợp Nguồn công suất phản kháng thường đến từ các nhà máy điện và các đường dây cao áp, cáp phát ra, nhưng trong chế độ phụ tải cực đại, các nguồn này không đủ, do đó cần bổ sung nguồn phản kháng khác Ngược lại, trong chế độ phụ tải cực tiểu, xảy ra hiện tượng thừa công suất phản kháng, đòi hỏi các nguồn này phải điều chỉnh để tránh gây ra sự tăng điện áp nguy hiểm do công suất phản kháng do đường dây sinh ra dư thừa, và cần sử dụng thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng dư thừa để duy trì ổn định hệ thống điện.
Thực tế ngoài máy phát điện và máy bù đồng bộ, người ta còn dùng các nguồn công suất phản kháng sau:
- Nguồn phát: tụ điện, tụ điện điều khiển bằng tiristor
Kháng điện tuyến tính và kháng điện bão hòa đều là các giải pháp chống quá tải trong hệ thống điện, với kháng điện bảo hòa có khả năng ổn định cao, phù hợp cho các chế độ điện áp biến đổi nhanh Kháng điện sử dụng dòng một chiều điều khiển bảo hòa được thiết kế để duy trì điện áp ổn định và ổn áp cao trong các điều kiện hoạt động khắc nghiệt Bên cạnh đó, các loại kháng điện điều khiển bằng tiristor và máy biến áp kháng lớn điều khiển bằng tiristor cũng đóng vai trò quan trọng trong điều chỉnh, kiểm soát dòng điện và giảm thiểu tác động của quá trình quá tải, nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.
- Nguồn phát và tiêu thụ: máy bù tĩnh, đó là tổ hợp tụ điện và kháng điện có điều khiển bằng tiristor.
NHIỆM VỤ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP, ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN
Yêu cầu và nhiệm vụ của ổn định điện áp và điều chỉnh công suất phản kháng
2.1 Yêu cầu và nhiệm vụ của ổn định điện áp và điều chỉnh công suất phản kháng
2.1.1 Vai trò của điện áp và các yếu tố ảnh hưởng đến điện áp.
Duy trì điện áp trong hệ thống điện là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng điện năng Điện áp giảm thấp gây ra độ trượt lớn ở động cơ không đồng bộ, dẫn đến quá tải công suất phản kháng và giảm khả năng truyền tải của đường dây Ngược lại, điện áp tăng cao có thể làm cỗi cách điện, gây hỏng hóc thiết bị điện Để duy trì điện áp ổn định, hệ thống sử dụng các phương pháp như tận dụng công suất phản kháng của máy phát hoặc máy bù đồng bộ, ngăn ngừa quá tải, điều chỉnh hợp lý tải trọng, và lựa chọn tỷ số thích hợp của máy biến áp Ngoài ra, các thiết bị tự động điều chỉnh kích từ của máy phát điện và máy bù đồng bộ giúp duy trì điện áp tại các nút trong hệ thống điện ổn định và hiệu quả.
2.1.2 Hệ kích từ của các máy điện đồng bộ.
Các hệ kích từ cơ bản.
Hệ kích từ dung máy kích từ một chiều.
Máy kích từ (KT) có dây quấn kích từ song song Ls và dây quấn kích từ độc lập Ln được nối đồng trục với máy điện đồng bộ (ĐB), giúp cung cấp nguồn từ ổn định và hiệu quả cho hệ thống.
Dòng kích từ It được đưa vào dây quấn kích cừ có điện trở rt thông qua vành trượt và chổi điện ĐB
Hình 2.1 : Hệ kích từ dùng cho máy kích từ 1chiều
Hệ kích từ dùng máy kích từ xoay chiều kết hợp với chỉnh lưu: Gồm 2 cách:
- Máy KT xoay chiều có phần cảm quay, phần ứng tĩnh ( hình 2.2a)
- Máy KT xoay chiều có phần cảm tĩnh, phần ứng quay ( hình 2.2b)
Phần quay và phần tĩnh của máy phát điện được trình bày tách biệt bằng đường phân ranh giới thẳng đứng, trong đó dòng điện qua ranh giới này cần có vành trượt và chổi điện; tuy nhiên, phương án b lại không yêu cầu hai thành phần này, là ưu điểm quan trọng cho các máy đồng bộ công suất lớn như máy phát 600MW cần dòng kích từ khoảng 3000A Mặc dù vậy, giải pháp này cũng đem lại những thách thức về chế tạo phần ứng quay so với phần cảm quay Máy kích từ xoay chiều phải kết nối trục với máy phát đồng bộ, và dòng điện phần ứng của máy kích từ điều chỉnh trực tiếp dòng kích từ IT, giúp kiểm soát hiệu quả quá trình phát điện.
Sử dụng tiristor giúp quá trình điều khiển trở nên nhanh hơn, tăng tốc độ phản ứng của hệ thống Tuy nhiên, phương án B gặp khó khăn trong việc truyền tín hiệu điều khiển vào tiristor quay, đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật phù hợp để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Phần quay Phần tĩnh Phần quay Phần tĩnh
Hinh 2.2 Hệ kích từ máy phát xoay chiều
Hình 2.3 trình bày sơ đồ mô tả sự kích thích hỗn hợp của hệ thống điện Trong đó, điện áp và dòng điện kích từ tỷ lệ thuận với tổng véctơ của các điện áp UT và IT của các máy biến áp TU và máy biến dòng TI Điều này cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa các yếu tố kích thích và các tham số điện áp, dòng điện trong hệ thống biến áp Sơ đồ này giúp hiểu rõ hơn về cách thức phối hợp các yếu tố kích thích để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống truyền tải điện.
Yêu cầu đối với hệ kích từ
Hệ kích từ máy biến đồng bộ phải đảm bảo:
1) Điều chỉnh dòng kích từ It = để duy trì điện áp máy U trong điều kiện làm việc bình thường( bằng cách điều chỉnh điện áp kích thích Ut).
2) Cưỡng bức kích thích để giữ đồng bộ máy phát với lưới khi điện áp lưới hạ thấp do xảy ra ngắn mạch ở xa Muốn vậy hệ kích từ phải có khả năng tăng nhanh gấp đôi dòng kích từ trong khoảng 0,5 giây hay:
Hình 2.4 Cưỡng bức kích thích máy đồng bộ
3) Triệt tiêu từ trường kích thích, nghĩa là giảm nhanh dòng It đến không ( khi sự cố ngắn mạch nội bộ dây stato) mà điện áp điện trở triệt từ Rt không vượt quá 5 lần Utđm để bảo vệ cách điện của dây quấn kích từ.
2.1.3 Cấu tạo hệ thống kích từ.
Hệ thống kích từ gồm 2 phần:
- Bộ điều chỉnh kích từ
Bộ điều chỉnh kích từ hướng dẫn việc thay đổi kích từ máy phát dựa trên thuật toán điều khiển để duy trì ổn định điện áp MF Khả năng cường hóa kích từ phụ thuộc vào chất lượng của bộ điều chỉnh kích từ, đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống Hiện nay, các bộ điều chỉnh kích từ tác động nhanh giúp tăng tốc độ kích từ, với tốc độ tăng kích từ phụ thuộc vào hằng số thời gian của mạch kích từ.
Nguồn kích từ cần có khả năng cung cấp dòng một chiều kích từ MF, đảm bảo độ dự trữ điện áp và công suất kích từ cần thiết Việc này giúp duy trì và cường hóa dòng kích từ, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả Do đó, nguồn kích từ phải được thiết kế để có khả năng dự trữ năng lượng cần thiết, phục vụ cho quá trình khởi động và duy trì từ trường trong máy.
Nguồn kích từ độc lập là nguồn 1 chiều duy trì độc lập với phần ứng của máy phát' giúp đảm bảo độ tin cậy trong quá trình cung cấp kích từ Tuy nhiên, việc sử dụng nguồn này khiến hệ thống kích từ trở nên phức tạp hơn, có kích thước lớn và khả năng tác động nhanh bị giảm do thêm các khâu quán tính trong hệ thống.
Tự kích từ qua bộ chỉnh lưu tĩnh: Nguồn kích từ được lấy từ đầu ra của MF qua chỉnh lưu tĩnh Ngồn kích từ
- Ưu điểm: Dùng loại nguồn này đơn giản được kết cấu hệ thống kích từ, giảm kích thước, nâng cao được khả năng tác động nhanh.
- Chú ý: phải đảm bảo điều kiện tự kích
+ Phải có từ đủ trong cuộn kích từ
Từ trường do cuộn kích từ tạo ra cần cùng chiều với từ dư để đảm bảo hiệu quả hoạt động của máy Điện trở trong mạch kích từ, hay còn gọi là điện trở giới hạn Rgh, phụ thuộc vào đặc tính đường cong từ hóa của vật liệu Sự phù hợp giữa từ trường và điện trở trong mạch giúp duy trì hoạt động ổn định và tối ưu hóa quá trình từ hóa trong hệ thống.
- Các trường hợp có thể gây ra mất kích từ
+ Do tiếp xúc cực và chổi than kém
+ Ngược cực do quá trình tháo lắp
Để đảm bảo độ tin cậy của kích từ ban đầu trong hệ thống phát, cần sử dụng phương pháp cộng hưởng từ hoặc bộ tụ mắc ở đầu cực máy phát Điều này giúp duy trì ổn định và chính xác trong quá trình khởi động và vận hành của thiết bị, đặc biệt khi xảy ra mất từ hoặc cưỡng bức từ, kích từ ngoài.
2.1.4 Nhiệm vụ của các thiết bị tự động điều chỉnh điện áp (TĐĐCĐA)
1) Có khả năng điều chỉnh dòng kích từ it = để duy trì điện áp trên các cực của máy phát không thay đổi Tự động ổn định điện áp của NMĐ là nhiệm vụ cơ bản nhất của một hệ thống TĐĐC điện áp Nhiệm vụ này được thực hiện bằng cách thay đổi kích từ MF điện theo sự thay đổi của phụ tải và các điều kiện khác.
2) Cưỡng bức kích từ để giữ đồng bộ máy phát với lưới khi điện áp lưới hạ thấp do xảy ra ngắn mạch ở xa.
3) Có khả năng triệt từ trường kích thích giảm nhanh dòng điện kích thích it đến O mà điện áp không vượt quá giá trị cho phép.
4) Phân phối tỷ lệ công suất phản kháng giữa các tổ máy làm việc song song Việc phân phối hợp lý công suất phản kháng do đặc tính của bộ điều chỉnh kích từ quyết định.
Các thiết bị TĐĐC điện áp điển hình
Các bộ điều chỉnh điện áp ban đầu hoạt động dựa trên nguyên lý tác động của nam châm điện, thay đổi liên tục hoặc gián đoạn điện áp trong mạch kích từ để điều chỉnh điện áp Tiếp theo, các bộ điều chỉnh xung điện trở sử dụng rơle để thay đổi gián đoạn điện trở trong mạch kích từ, mang lại khả năng điều chỉnh nhanh và chính xác hơn Khi công nghệ điện tử và bán dẫn phát triển, các tiếp điểm cơ khí được thay thế bằng tiếp điểm bán dẫn, nhưng nguyên lý điều chỉnh vẫn giữ nguyên để nâng cao hiệu quả và độ chính xác.
Các bộ điều chỉnh điện áp loại này phù hợp chủ yếu cho các máy công suất nhỏ, vì hạn chế trong ứng dụng Để điều chỉnh kích từ cho các máy công suất vừa và lớn, người ta sử dụng các bộ điều chỉnh điều kiện từ, trong đó chỉ sử dụng các phần tử điện tử có điều khiển như MBA hốn hợp dòng áp hoặc khuếch đại từ Đây là phương pháp hiệu quả giúp điều chỉnh ổn định và chính xác hơn cho các máy công suất lớn.
Hiện nay, các bộ điều chỉnh kích từ sử dụng van điều khiển công suất lớn như thyristor đang được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống dẫn kích từ Những van này vừa đóng vai trò nắn dòng để cung cấp kích từ, vừa điều chỉnh dòng kích từ trong phạm vi rộng, giúp tối ưu hiệu quả vận hành Nhờ khả năng điều chỉnh dòng kích từ trong dải rộng của các van này, người ta có thể bỏ qua máy biến áp nguồn kích từ và kết nối trực tiếp vào điện áp ra của máy phát điện trung áp (MF) để tạo nguồn kích từ Các van điều chỉnh này có thuật toán điều khiển đơn giản, công suất điều khiển nhỏ, góp phần thuận lợi trong việc áp dụng kỹ thuật xung số và kỹ thuật vi tính điều khiển trong hệ thống.
2.2.1 Nguyên lý TĐĐC điện áp
Theo nguyên tắc tác động, thiết bị tự động điều chỉnh điện áp được chia thành ba nhóm:
- Điều chỉnh điện áp theo nguyên lý tác động nhiễu (ví dụ: theo dòng điện của máy phát IF, theo góc φ giữa dòng điện và điện áp MF…)
- Điều chỉnh điện áp theo độ lệch của đại lượng điều chỉnh (ví dụ: theo độ lệch của điện áp UF).
- Điều chỉnh điện áp theo nguyên lý hốn hợp (theo độ lệch của đại lượng được điều chỉnh và theo tác động nhiễu).
2.2.2 Hệ thống kích từ của máy phát điện 1 chiều. Đối với các máy phát điện dùng máy kích thích 1 chiều, các thiết bị điều chỉnh điện áp có thể chia thành 2 nhóm: a) Thay đổi kích từ máy phát nhờ thay đổi Rkt trong mạch cuộn kích từ WKT của máy kích thích một cách từ từ nhờ con trượt (hình 2.5a) hoặc nối tắt 1 phần RKT theo chu kỳ (hình 2.5b)
Hình 2.5 trình bày cách thay đổi kích từ máy phát bằng cách điều chỉnh điện trở Rkt Ngoài ra, việc điều chỉnh dòng kích từ phụ IKTT, tỷ lệ với sự biến đổi của điện áp ∆U và dòng IF, cũng ảnh hưởng đến quá trình điều chỉnh kích từ máy phát Dòng kích từ phụ này có thể cung cấp vào cuộn kích từ chính WKT để điều chỉnh hoạt động của máy phát điện một cách linh hoạt và hiệu quả.
2.6a) hoặc cuộn kích từ phụ WKTT (hình 2.6b) của máy kích thích.
Hình 2.6 Thay đổi kích từ máy phát nhờ thay đổi dòng kích từ phụ
2.2.3 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tác động theo sai lệch. a Sơ đồ khối chức năng hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tác động theo sai lệch. Điện áp đặt U 0 Bộ điều khiển Kích từ Máy phát
Hình 2.7 Sơ đồ chức năng hệ thống TĐĐCĐA theo sai lệch
Hệ thống xây dựng trong sơ đồ là hệ thống kín hoạt động dựa trên nguyên lý tác động theo sai lệch điện áp, mang lại độ chính xác cao Tuy nhiên, khả năng tác động nhanh bị hạn chế do cường độ kích từ kém, đòi hỏi sử dụng rơ le để cường hóa kích từ khi điện áp giảm đột ngột 20% Uđm, giúp tăng dòng kích từ và phục hồi điện áp nhanh Bộ tự động điều chỉnh kích từ này thường được áp dụng trong hệ thống kích từ có nguồn từ độc lập, đảm bảo thế hệ điện áp ổn định và tin cậy.
Hình 2.8 Sơ đồ cấu trúc hệ thống TĐĐC điện áp tác dụng theo sai lệch
Sơ đồ bao gồm: bộ phận đo lường( ĐL) và bộ phận khuếch đại (KĐ).
Bộ phận đo lường ĐL được kết nối với máy biến điện áp BU qua tự ngẫu đặt TNĐ, giúp phản ứng nhanh với sự biến đổi của điện áp Khi điện áp thay đổi, ĐL sẽ điều khiển hoạt động của bộ khuếch đại KĐ để duy trì mức điện áp cần thiết Tự ngẫu đặt TNĐ điều chỉnh mức điện áp MF nhằm đảm bảo quá trình điều khiển diễn ra chính xác Bộ khuếch đại KĐ nhận nguồn từ BU và nhận dòng BĐK đã chỉnh lưu qua IC để hoạt động hiệu quả, đảm bảo điều khiển ổn định hệ thống.
Trong máy kích thích, cuộn kích từ phụ WKTf đóng vai trò quan trọng trong hệ thống kích thích máy phát điện Dòng điện IC chạy qua cuộn kích từ phụ theo cùng hướng với dòng của cuộn kích từ chính WKT, giúp duy trì hoạt động ổn định của hệ thống Việc thiết kế và điều chỉnh đúng dòng dòng điện này đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu của máy kích thích.
Bộ phận đo lường gồm hai phần tử chính là phần tử tuyến tính (TT) và phần tử không tuyến tính (KTT) Phần tử tuyến tính TT tạo ra dòng điện ITT tỷ lệ thuận với điện áp UF của mạch trung gian, đảm bảo chính xác và ổn định trong quá trình đo lường Ngược lại, phần tử không tuyến tính KTT phụ thuộc không tuyến tính vào điện áp UF, giúp phản ánh các đặc tính phức tạp của hệ thống đo lường Sự kết hợp giữa hai phần tử này giúp cải thiện độ chính xác và khả năng phản hồi của bộ phận đo lường trong các ứng dụng kỹ thuật.
Khối chức năng Quan hệ I TF vàI KTT
Hình 2.9 Bộ phận đo lường
Bộ phận đo lường hoạt động dựa trên nguyên tắc so sánh dòng Itt và IKTT, giúp kiểm tra chính xác hoạt động của hệ thống Khi UF bằng UO (điện áp xác định trên thanh góp nối máy phát), dòng Itt bằng IKTT, tạo điều kiện để dòng ICmin nhỏ nhất được đưa ra từ bộ điều khiển BĐK Khi UF giảm xuống mức Ut, hệ thống sẽ phản ứng như thế nào để duy trì hoạt động ổn định, thể hiện khả năng điều khiển của bộ phận đo lường trong quá trình vận hành.
Trong hệ thống, tín hiệu từ bộ phận đo lường ĐL sẽ điều khiển bộ phận khuếch đại KKĐ để tăng dòng IC, qua đó điều chỉnh cuộn kích từ phụ WKTf của máy kích thích Quá trình này giúp tăng điện áp UF, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống Trong đó, việc điều khiển chính xác từ tín hiệu đo lường là yếu tố quan trọng để duy trì cân bằng và tối ưu hóa hiệu suất máy phát điện.
Khi điện áp UF tăng, đặc biệt là khi U2 tăng tối đa, dòng ITT vượt quá IKTT gây ra hiện tượng dòng IC lớn hơn ICmin và làm tăng mức UF Để ngăn chặn tác động không mong muốn của bộ điều khiển BĐK, hệ thống thiết kế có bổ sung hai phần tử khóa trong sơ đồ của bộ điều khiển nhằm đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn cho hệ thống.
Đặc tính của bộ định tuyển (BĐK) thể hiện quan hệ giữa dòng IC và điện áp trên thanh góp nối máy phát Điểm a tương ứng khi dòng IC đạt giá trị tối đa (ICmax), cho thấy khả năng tăng cường kích từ lớn nhất có thể được đảm bảo bởi BĐK Trong khi đó, dòng ICmin tại điểm d xác định mức giảm kích từ thấp nhất khi điện áp UF tăng lên, giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện.
Hình 2.10 Đặc tính của bộ điều khiển
Sự giảm thấp của đặc tính ở đoạn ac xảy ra do điện áp nguồn cung cấp cho bộ định luật bị giảm mạnh cùng với sự giảm của điện áp UF Đoạn này nằm ngang do tác dụng của phần tử khóa khi dòng ngược lại IKTT vượt quá dòng giới hạn ITT, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Xây dựng sơ đồ TĐĐC điện áp sử dụng Tiristor
Máy phát điện và máy phát kích thích đều cần được điều chỉnh để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống Tín hiệu đầu ra của chúng đóng vai trò là tín hiệu đầu ra của toàn bộ hệ thống, trong đó điện áp kích từ và dòng kích từ của máy phát chính là các tín hiệu trung gian quan trọng Những dòng điện và điện áp này của máy kích thích ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và ổn định của hệ thống phát điện, giúp duy trì hoạt động ổn định và tối ưu.
Mạch cấp xung điều khiển được xây dựng dựa trên các bộ tạo xung chữ nhật hoạt động ở chế độ chờ, ở trạng thái khóa khi không có tín hiệu kích thích đầu vào Khi có tín hiệu kích thích, mạch chuyển sang trạng thái mở và tạo tín hiệu xung ở đầu ra, với biên độ xung phụ thuộc vào nguồn mạch xung và các tham số của mạch, không bị ảnh hưởng bởi điện áp đầu vào Độ rộng của xung tương ứng với thời gian tồn tại của điện áp đầu vào, giúp điều khiển chính xác các quá trình trong hệ thống.
Các mạch xung này dựa trên nguyên lý hoạt động của bộ tạo xung chữ nhật ở chế độ chờ, luôn ở trạng thái khóa khi không có kích thích đầu vào Khi có tín hiệu kích thích, mạch tạo xung chuyển sang trạng thái mở và xuất ra tín hiệu đầu ra Biên độ của xung phụ thuộc vào nguồn mạch xung và các tham số của mạch, không bị ảnh hưởng bởi điện áp đầu vào của mạch xung.
Trong trường hợp khoảng thời gian dài gây ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng điều khiển của Ti, ta có thể sử dụng bộ biến đổi A/D chia điện áp thành nhiều xung liên tiếp để xử lý tín hiệu Khi này, chỉ có xung đầu tiên sẽ có tác dụng điều khiển Ti, còn các xung sau sẽ được loại bỏ nhờ bộ lọc xung để đảm bảo tín hiệu điều khiển chính xác và ổn định Mạch cấp xung điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các xung điều khiển phù hợp cho hệ thống.
Mạch tạo xung mới ban đầu có vai trò sản xuất ra một xung điện áp, kích hoạt cực điều khiển của Ti để mở mạch, từ đó cấp dòng điện kích từ cho máy phát kích từ Điều này giúp đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống phát điện, góp phần nâng cao hiệu suất làm việc của máy phát.
Hình 2.18 Mạch cấp xung điều khiển
*Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính được thể hiện trên hình 2.19
Hình 2.19 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
Theo nguyên tắc này, người ta dùng hai điện áp:
- Điện áp đồng bộ, ký hiệu là us, đồng bộ với điện áp đặt trên anot-catot của Ti, thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh.
- Điện áp điều khiển, ký hiệu là ucm, (điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ), thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh.
Bây giờ, hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là:
Mỗi khi ucm = us thì khâu so sánh lật trạng thái, ta nhận được
“sườn xuống” của điện áp đầu ra của khâu so sánh “Sườn xuống” này, thông qua đa hài một trạng thái ổn định, tạo ra một xung điều khiển.
Bằng cách điều chỉnh ucm thông qua biến đổi, người ta có thể kiểm soát chính xác thời điểm xuất hiện xung ra, đồng nghĩa với việc điều chỉnh góc α Mối quan hệ giữa góc α và ucm thể hiện rõ qua công thức: α = ∏ x ( Uc/Usm ), giúp tối ưu hóa các quá trình liên quan đến xung ra một cách hiệu quả.
Người ta lấy Ucmmax=Usm*
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng : “Arccos”
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng (arccos” được thể hiện trên hình 2.20
Theo nguyên tắc này, người ta dùng hai điện áp: Điện áp đồng bộ us, vượt trước uAK = Umsinωt của tyristor một góc bằng : Us=Umcosω
Hình 2.20 minh họa nguyên tắc điều khiển thẳng đứng của arcos, trong đó điện áp điều khiển (uCM) là một điện áp một chiều có thể điều chỉnh theo hai chiều (dương và âm) Việc điều chỉnh biên độ điện áp này giúp kiểm soát hiệu quả quá trình điều khiển của hệ thống Nguyên tắc này là nền tảng quan trọng trong thiết kế và vận hành các mạch điều khiển arcos, đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác.
Khi đặt US vào cổng đảo và UCM vào cổng không đảo của khâu so sánh, ta nhận thấy một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu này Đặc biệt, khi US bằng UCM, khâu so sánh sẽ bật trạng thái và tạo ra kết quả phù hợp Đây là nguyên lý quan trọng giúp xác định chính xác trạng thái của hệ thống trong các ứng dụng điện tử Hiểu rõ cách hoạt động của khâu so sánh có thể tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác của các mạch logic số.
Ucmcosα = ucm do đó α = arcos()
- khi ucm =0 thì α - khi ucm = -Um thì α = π
Khi điều chỉnh ucm từ trị ucm = +Um, ta có thể điều chỉnh góc α trong phạm vi từ 0 đến π, giúp tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của hệ thống Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng sử dụng hàm arccos ("arccos" control principle) là phương pháp chính trong các thiết bị chỉnh lưu cao cấp, đảm bảo chất lượng và độ chính xác trong quá trình chỉnh lưu điện.