thiết kế mạch ổn định điện áp máy phát cho nhà máy nhiệt điện phả lại 1

Khả năng tải của máy phát khi làm việc ở chế độ quá tải dòng điện tăng,điện áp giảm, lúc này máy phát làm việc ở trạng thái quá tải, muốn cho điện ápkhông thay đổi thì máy phát làm việc

LấI Mậ ĐầU 3

PHầN I: GI I THIệU CHUNG Về NH ÍI THIệU CHUNG Về NHΜ MáY đIệN PHả LạI Μ MáY đIệN PHả LạI MáY đIệN PHả LạI .4

A- Các đặc điểm chung về nhà máy: 4

B- giới thiệu về chu trình nhiệt chi tiết của một tổ máy 5

Sơ đồ tổ chức hoạt động của Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 7

PHầN II: GI I THIệU Về MáY PHáT đIệN đ ÍI THIệU CHUNG Về NHΜ MáY đIệN PHả LạI ÅNG Bẫ XOAY CHIềU Hệ THẩNG KíCH Tế MáY PHáT V Μ MáY đIệN PHả LạI CáC Hệ THẩNG đIềU KHIểN KíCH Tế 9

Chơng I : Giới thiệu về máy phát điện đồng bộ xoay chiều: 9

I.1 Định nghĩa và công dụng 9

I.1.1 Định nghĩa: 9

I.1.2 Công dụng: 9

I.2 Cấu tạo máy phát điện đồng bộ 9

I.2.1 Stato 10

I.2.2 Rôto 10

I.3 Nguyên lý làm việc của MFĐ đồng bộ 11

I.4 Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ 12

I.5 Phơng trình điện áp của máy phát điện cực lồi 13

I.6 Công suất điện từ của máy phát điện đồng bộ cực lồi 14

I.6.1 Công suất tác dụng 14

I.6.2 Công suất phản kháng 16

I.6.3 Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng 17

I.7 Các đặc tính của máy phát đồng bộ 18

I.7.1 Đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ 18

I.7.2 Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ 19

I.7.3 Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ 20

I.7.4 Đặc tính tải của máy phát điện đồng bộ 20

I.8 Chế độ thuận nghịch của máy điện 21

I.8.1 Chế độ máy phát 21

I.8.2 Máy làm việc ở chế độ động cơ 22

I-9 Chế độ làm việc song song của máy phát điện đồng bộ 22

chơng II: Hệ thống kích từ máy phát 24

II.1- Khái niệm chung 24

II.2- Phân loại và đặc điểm của một số hệ thống kích từ 25

II.2.1- Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều 26

II.2.2- Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều và chỉnh lu 28

II.3- Hệ thống kích từ dùng chỉnh lu có điều khiển 30

Chơng III: Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) 32

III-1 Sơ đồ khối thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) 32

III.2- Một số phơng pháp ổn định điện áp máy phát 34

III.2.1- Điều chỉnh điện áp sử dụng biến trở than 34

III.2.2- Bộ điều chỉnh điện áp sử dụng khuyếch đại từ 36

III.2.3- Bộ điều chỉnh điện áp máy phát bằng bán dẫn sử dụng transitor công suất 43

PHầN III: THIếT Kế MạCH ặN địNH đIệN áP CHO NH Μ MáY đIệN PHả LạI MáY NHIệT đIệN PHả LạI 48

A- Tổng quan 48

B- Giải pháp thực hiện 48

B.1- Yêu cầu chính: 48

B.2- Giải pháp lựa chọn: 49

B.2.1- Nguyên lý làm việc của hệ thống: 49

B.2.2- Các thiết bị tiêu chuẩn: 51

Chơng IV: Lựa chọn thiết kế và tính toán mạch động lực 56

IV.1- Tính chọn mạch động lực 56

IV.1.1 - Mô tả khái quát công nghệ của tải: 56

I.1.4 - Giới thiệu các mạch chỉnh lu điều khiển công suất bằng bán dẫn 57

IV.1.5 - Phân tích lựa chọn sơ đồ điều khiển công suất: 64

IV.1.6 - Tính chọn các thông số cơ bản của mạch động lực 65

IV.1.6 : Tính toán điện kháng : 71

IV.1.7 : Tính toán, vẽ các đờng cong dòng điện và điện áp của tải, của các van khi máy làm việc ở các chế độ không tải, định mức và chế độ cờng kích 74

IV.1.8 : Tính toán hệ thống tản nhiệt cho van : 78

IV.1.9- Tính chọn máy biến áp lực : 80

IV.1.10 : Bảo vệ quá điện áp cho van động lực : 82

IV.1.11 : Bảo vệ ngắn mạch : 82

chơng V : Thiết kế và tính toán mạch điều khiển 84

V.2.1 : Các yêu cầu chung về mạch điều khiển 84

V.2.2: Nguyên tắc xây dựng 84

V.2.4: Phân tích các phơng án 88

LờI Mở ĐầU

Chất lượng điện áp là một yếu tố rất quan trọng trong việc sản xuất điệnnăng, và nó cũng là một trong những nguyên nhân quyết định sự tồn tại và pháttriển của bất kỳ một quốc gia nào trên thế giới

ở Việt Nam nói riêng, nguồn năng lượng điện ngày càng khẳng định vaitrò quyết định trong sự thoả mãn nhu cầu ngày càng cao về điện cho xây dựng

và bảo vệ tổ quốc Cũng nh nhu cầu sinh hoạt của nhân dân Sản lượng và chấtlượng điện không ngừng được nâng cao, nhiều nhà máy thuỷ điện, nhiệt điệncũng đã và đang được củng cố và xây dựng mới

Đối với Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1, do Liờn xụ (cũ) giúp ta xây dựng.Phần lớn việc ổn định điện áp là do nguyên lý cổ điển Phần từ trường kích thíchcho máy phát điện tạo bởi máy phát kích thích lắp đồng trục với máy phát chính.Phương pháp này có nguyên lý đơn giản, nhưng có nhược điểm là độ tin cậy,chất lượng điều khiển không cao

Hiện nay do công nghệ phát triển, các linh kiện bán dẫn công suất lớnđược chế tạo với độ tin cậy cao, giá thành hợp ly Việc thay thế các bộ điềukhiển trực tiếp cho cuộn kích thích của máy phát đã được thực hiện

Để tiếp thu ứng dụng nền khoa học mới cùng với kiến thức mà em đãđược học trong nhà trường Nhiệm vụ làm đồ án tốt nghiệp của em được giao

là : Thiết kế mạch ổn định điện áp máy phát cho nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1

Vì thời gian và trình độ hiểu biết có hạn nên bản đồ án của em không thể tránhkhỏi những thiếu sót, em kính mong nhận được sự chỉ bảo thêm của các thầy, côgiáo

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình, chu đáo của thầy giáoNguyễn Huy Phương, thầy Nguyễn Công Hiền cùng toàn thể các thầy cô giáotrong bộ môn Tự động hoỏ cỏc xí nghiệp công nghiệp đã quan tâm giúp đỡ emhoàn thành bản đồ án này đúng kỳ hạn

Phần I: giới thiệu chung về nhà máy điện phả lại.

A- Các đặc điểm chung về nhà máy:

Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại thuộc địa bàn huyện Chí Linh - tỉnh HảiDương Nhà máy được khởi công xây dựng ngày 17 tháng 5 năm 1980 với sựgiúp đỡ của các chuyên gia Liờn xụ Nhà máy được thiết kế lắp đặt với côngsuất là 440 MW gồm 4 tổ máy Mỗi tổ máy được lắp đặt theo kiểu hai lò một tuabin, máy phát, mỗi tổ máy có công suất là 110 MW

Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại được sử dụng phần lớn là than được khaithác từ mỏ than Quảng Ninh Lũ cú cỏc chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật nh :

- Hiệu suất lò : lò = 86,05%

- Nhiệt độ khúi thoát : tkhúi thoát = 1330C

Các tổ máy của nhà máy được lần lượt đưa vào vận hành và đáp ứng kịpthời tốc độ tăng trưởng của phụ tải điện trong cả nước, trong thời kỳ côngnghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Đặc biệt Nhà máy được tăng cường khai thác

từ những năm 1994 khi đường dây tải điện 500 kV Bắc Nam được đưa vào sửdụng thống nhất hệ thống điện trong cả nước

Nhiên liệu cung cấp cho quá trình đốt cháy chủ yếu của lò hơi là thanQuảng Ninh và dầu FO Than được vận chuyển về nhà máy theo đường thuỷ vàđường sắt

- Quá trình vận chuyển theo đường thuỷ là nhờ các xà lan tầu thuỷ, thanđược bốc dỡ nhờ cẩu ky rốp đưa lên băng tải vận chuyển đưa thẳng lờn lũ hoặcđưa vào kho than dự trữ

- Quá trình vận chuyển theo đường sắt nhờ tầu hoả, than được bốc dỡ nhờthiết bị quang lật toa rồi đưa vào băng tải vận chuyển lờn lũ hoặc đưa vào khothan dự trữ

- Dầu FO được vận chuyển về nhà máy theo đường thuỷ nhờ các xà lan vàđược các bơm dầu bơm vào các bể dự trữ

Lượng khúi thoỏt trước khi thải ra ngoài trời được sử lý qua bộ lọc tĩnhđiện Bộ lọc này làm việc với hiệu suất là 99% Khói được các quạt khói đưa

Sản lượng điện hàng năm của nhà máy là : 2,86 tỷ kWh

Lượng điện tự dùng tổng nhà máy là : 10,15%

Hiệu suất khử bụi trong khói là : 99%

Lượng than tiêu thụ hàng năm là : 1,254.400 tấn

Lượng dầu FO tiêu thụ hàng năm là : 7.150 tấn

Suất tiêu hao than tiêu chuẩn là : 439 g/kWh

B- giới thiệu về chu trình nhiệt chi tiết của một tổ máy.

Nhà máy nhiệt điện Phả Lại bao gồm có 4 khố kép Mỗi khối gồm có 2 lòhơi và 1 tua bin máy phát, các khối được vận hành độc lập với nhau theo chutrình kín

Nước ngưng từ bình ngưng của tua bin sẽ được bơm ngưng đưa qua cỏcbỡnh gia nhiệt hạ áp 4, 5, 6, 7, 8 Hơi được trích từ tua bin qua các cửa trớchkhụng điều chỉnh nước sau khi qua cỏc bỡnh gia nhiệt hạ áp được gia nhiệt còntới 1400C và được đưa vào bình khử khí 6 ata Tại đây nước được khử hết cácbọt khí lẫn trong nước, nước từ bình khử khí được các bơm cấp đẩy đi qua cỏcbỡnh gia nhiệt cao áp 1, 2, 3 Nước đi ra khỏi cỏc bỡnh gia nhiệt cao áp số 1 cónhiệt độ là 2300C, nước trước khi vào bao hơi đi qua bộ hâm cấp 1, cấp 2 để tiếptục nhận phần nhiệt của khúi lũ, nước từ bao hơi đi qua cỏc vũng tuần hoàn tựnhiên, tạo thành hỗn hợp hơi bão hoà trong dàn ống sinh hơi và bao hơi Hơi bãohoà từ bao hơi đi qua các bộ quá nhiệt, bộ giảm ôn, hơi được điều chỉnh phù hợpvới yêu cầu kỹ thuật của hơi mới rồi đưa sang tua bin để thực hiện quá trình sinhcông quay máy phát Sau khi sinh công ở tầng cánh tua bin phần cao áp, hơiđược ống dẫn đưa sang phần hạ áp để tiếp tục sinh công sau đó mới được thoátxuống bình ngưng

Công sinh ra trong tua bin để quay máy phát - phát ra điện nh vậy nhiệtnăng đã chuyển hoá thành cơ năng, rồi từ cơ năng biến đổi thành điện năng Quátrình chuyển hoỏ đú được thể hiện trên sơ đồ khối như sau :

Sơ đồ chu trình nhiệt chi tiết của một tổ máy 110 MW được trình bày trên hình

vẽ bên

Sơ đồ tổ chức hoạt động của Nhà mỏy nhiệt điện Phả Lại

khí

PX

sx phụ

giám đốc

phó giám đốc

vận hành

phó giám đốc sửa chữa

phòng

tổ chức lđ

phòng t.chính - KT T.hợp - Hcqtphòng T.tra-bao vệphòngphòng

k.hoạch -V.t t

phần II: Giới thiệu về máy phát điện đồng bộ xoay chiều hệ thống kích từ máy phát và các hệ thống điều khiển kích từ

Chương I : Giới thiệu về máy phát điện đồng bộ xoay chiều:

I.1 Định nghĩa và công dụng

I.1.1 Định nghĩa:

Máy phát điện (MFĐ) xoay chiều có tốc độ quay Rụto n bằng tốc độ quaycủa từ trường n1 gọi là máy phát điện xoay chiều đồng bộ ở chế độ xác lập máyphát điện đồng bộ có tốc độ quay Rụto luụn không đổi khi tải thay đổi

I.1.2 Công dụng:

MFĐ đồng bộ là nguồn điện chính của các lưới điện công nghiệp trong đóđộng cơ sơ cấp là các tuabin hơi, hoặc tuabin nước Công suất của mỗi máy cóthể đạt tới 500MW hoặc lớn hơn và chúng thường làm việc song song với nhau

ở các lưới điện công suất nhỏ, MFĐ đồng bộ được kéo bởi các động cơ điờzenhoặc các tuabin khớ, nú có thể làm việc đơn lẻ hoặc nhiều máy làm việc songsong với nhau

I.2 Cấu tạo máy phát điện đồng bộ

- Cấu tạo MFĐ đồng bộ gồm 2 bộ phận chính là Stato và Roto Trờn hỡnhI-1 vẽ mặt cắt ngang của trục máy

4 3

I.2.2 Rụto

Rụto máy phát điện đồng bộ cú cỏc cực từ và dây quấn kích từ Có 2 loại:Rụto cực Èn và Rụto cực lồi Hình I.2a vẽ Rụto cực Èn, hình I.2b vẽ Rụto cựclồi Rụto cực lồi dùng cho các máy phát có tốc độ chậm, có nhiều đôi cực (2P ≥4)

Rụto cực Èn thường dùng cho máy phát có tốc độ cao 3000v/p, có mộtđôi cực (2P=2) Để có sức điện động hình sin, từ trường của cực từ Rụto phảiphân bổ hình sin dọc theo khe hở không khí giữa Stato và Rụto, ở các đỉnh cáccực từ có từ cảm ứng cực đại

h×nh I.2b R« to cùc låi

h×nh I.2a R« to cùc låi

- Đối với Rụto cực Èn, dây quấn kích từ được đi luồn trong trục của Rụto

và nối với 2 vòng trượt ở đầu trục, thông qua hai chổi điện để nối với nguồnkích từ (Hình vẽ I-3)

I.3 Nguyên lý làm việc của MFĐ đồng bộ

- Cho dòng điện kích từ (dòng điện không đổi) vào dây quấn kích từ sẽtạo nên từ trường Rụto Khi quay Rụto bằng động cơ sơ cấp, từ trường của Rụto

sẽ cắt qua dây quấn phần ứng Stato và cảm ứng một sức điện động xoay chiềuhình sin có trị số hiệu dụng là:

Dây quấn ba pha có trục lệch nhau trong không gian một góc là 1200 điện.Cho nên sức điện động các pha cũng lệch nhau góc pha là 1200+

Khi dây quấn nối với tải, trong các pha sẽ có dòng điện ba pha Giống nhmáy phát điện không đồng bộ, dòng điện ba pha trong ba dây quấn sẽ tạo nên từtrường quay, với tốc độ là:

60.f

P

đúng bằng tốc độ quay (n) của Rụto Do đó, kiểu máy điện này được gọi là máyphát điện đồng bộ xoay chiều.

I.4 Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ

Khi MFĐ làm việc, từ trường của cực từ Rụto φ0 cắt dây quấn Cảm ứng

ra sức điện động E0 chậm pha so với từ thông φ0 một góc 900 (Hình I-4a) Dâyquấn nối với tải sẽ tạo nên dòng điện I cung cấp cho tải Dòng điện I trong dâyquấn sẽ tạo nên từ trường quay gọi là từ trường phần ứng φ quay đồng bộ với từtrường của cực từ φ0 góc lệch pha giữa E0 và I do tính chất của tải quyết định

d) c) 



I S

S N

N

S N

- Trường hợp tải thuần cảm (Hình I-4b) góc lệch pha ψ = 900, dòng điện Isinh ra từ trường phần ứng φ ngược chiều với φ0 ta gọi là phản ứng phần ứng

- Trường hợp tải thuần dung: ψ = -900 (Hình I-4c) dòng điện sinh ra từtrường phần ứng φ cùng chiều với φ0 ta gọi là phản ứng phần ứng dọc trục trợ

từ, có tác dụng làm tăng từ trường tổng Trường hợp tải bất kỳ (Hình I-4d) taphân tích dòng điện I làm 2 thành phần: thành phần dọc trục Id = I sinψ và thànhphần ngang trục Iq = I cos ψ,dũng điện I sinh ra từ trường phần ứng vừa có tínhchất ngang trục vừa có tính chất dọc trục trợ từ hoặc khử từ tuỳ theo tính chấtcủa tải có tính điện cảm hoặc có tính điện dung

I.5 Phương trình điện áp của máy phát điện cực lồi

Khi máy phát điện làm việc, từ trường cực từ φ 0 sinh ra sức điện động E0

ở dây quấn Khi có tải sẽ có dòng điện I và điện áp U trên tải ở máy cực lồi vìkhe hở dọc trục và ngang trục khác nhau nên ta phải phân tích ảnh hưởng củaphản ứng phần ứng theo hướng dọc trục và ngang trục Từ trường phản ứngphần ứng ngang trục tạo nên sức điện động ngang trục

có phương trình cân bằng điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi:

Gọi Xưq+ Xt = Xd là điện kháng đồng bộ dọc trục

Xưq + Xt = Xq là điện kháng đồng bộ ngang trục

Ta có thể viết gọn lại là:

Phương trình (I-5) tương ứng với đồ thị véc tơ (Hình I-5) ta thấy góc lệch

Đối với máy phát cực Èn là trường hợp đặc biệt của máy phát cực lồi: Xđb

I

Id 0

I.6 Công suất điện từ của máy phát điện đồng bộ cực lồi

I.6.1 Công suất tác dụng

Công suất tác dụng của máy phát cung cấp cho tải là:

Trong đó: m là số pha

Theo đồ thị véc tơ hình (I-5a) ta thấy φ = ψ -, do đó:

P = m UI cosφφ = m UI cosφ (ψ-) = m UI cosφφ cosφ + m UI sφin ψ sφin

vì I.cos ψ = Iq và I.sinψ = Id

Theo đồ thị véc tơ (hình I-5a) ta rót ra:

từ, do ảnh hưởng của thành phần công suất này cũng tạo nên mô men quay Đó

là nguyên lý của động cơ phản kháng

h×nh I-6 m

2 2

90 180

I.6.2 Công suất phản kháng

Công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ là:

X q X ®

I.6.3 Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng

I.6.3.1 Điều chỉnh công suất tác dụng

Máy phát biến đổi cơ năng thành điện năng vì thế muốn điều chỉnh côngsuất tác dụng P, phải điều chỉnh công suất cơ của động cơ sơ cấp (tua bin hơihoặc tua bin khí )

I.6.3.2 Điều chỉnh công suất phản kháng

Từ biểu thức công suất phản kháng (I-12), ta có:

Thật vậy, nếu tăng dòng điện kích từ, thì E0 sẽ tăng cos tăng(vỡ E0 sin =

I.7 Các đặc tính của máy phát đồng bộ

Khi vận hành bình thường máy phát điện đồng bộ cung cấp cho tải đốixứng Chế độ này phụ thuộc vào hộ tiêu thụ điện năng nối với máy phát Côngsuất cung cấp cho tải không vượt quá giá trị định mức mà chỉ cho phép nhỏ hơnhoặc bằng công suất định mức Mặt khác ở chế độ này thông qua các đại lượng

nh điện áp, dòng điện, dũng kớch từ, hệ số công suất cosφ, tần số f và tốc độquay n

Để phân tích đặc tính làm việc của máy phát điện đồng bộ ta dựa vào 3đại lượng chủ yếu là U, I, If thành lập các đường đặc tính sau:

I.7.1 Đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ

Đặc tính không tải là: quan hệ E = U0 = f (it) khi I = 0 và f = fđm

Dạng đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ cực Èn và cực lồikhác nhau không nhiều và có thể biểu thị theo đơn vị tương đối:

I.7.2 Đặc tớnh ngoài của mỏy phỏt điện đồng bộ

Đặc tớnh ngoài là quan hệ U = f(I) Khi it = const; cosφ = const và f = fđm.

Đặc tớnh ngoài cho thấy lỳc dũng điện kớch từ khụng đổi, điện ỏpmỏy phỏt thay đổi theo tải:

L R C

I

I đm

U đm

U U

hình I-8: đặc tính ngoài của máy phát đồng bộ

Từ hỡnh (I-8) ta thấy đặc tớnh ngoài phụ thuộc vào tớnh chất của tải Nếutải cú tớnh cảm, khi I tăng phản ứng phần ứng bị khử từ, điện ỏp giảm nờn đườngđặc tớnh đi xuống Nếu tải cú tớnh dung khỏng thỡ I tăng, phản ứng phần ứng làtrợ từ, điện ỏp tăng lờn nờn đường đặc tớnh đi lờn Khi tải là thuần trở thỡ đườngđặc tớnh gần nh song song với trục hoành

I.7.3 Đặc tớnh điều chỉnh của mỏy phỏt điện đồng bộ

Đặc tớnh điều chỉnh là quan hệ: it = f(I) Khi U = const; cosφ = const

và f = fđm Nó cho biết chiều hướng điều chỉnh dũng điện it của mỏy phỏt saocho điện ỏp U ở đầu cực của mỏy phỏt là khụng đổi:

t

L R

I

I ®m 0

i

C

Hình vẽ (I-9): Đặc tính điều chỉnh của MFĐ đồng bộ

I.7.4 Đặc tính tải của máy phát điện đồng bộ

Đặc tính không tải là quan hệ giữa điện áp U đầu cực máy phát với dũngkớch từ khi dòng điện tải I = const, cosφ = const và f = fđm Với các trị số khácnhau của I và cosφ sẽ cú cỏc đặc tính tải khác nhau Hình (I-10) trình bày cácđường đặc tính tải ứng với các giá trị của dòng tải I của máy phát điện đồng bộ:

U

I kt

I=0

I=I ®m

Hình vẽ (I-10) : Đặc tính tải của máy phát điện đồng bộ

I.8 Chế độ thuận nghịch của máy điện

I.8.1 Chế độ máy phát

Chế độ máy phát là quá trình biến đổi cơ năng thành điện năng, hay nóicách khác là máy điện làm việc ở trường hợp P > 0 và Q > 0 Tức là máy phát racông suất tác dụng cấp cho tải thuần trở và phát ra công suất phản kháng cấp chotải có tính cảm

ở trường hợp này có phương trình cân bằng điện áp:

Sức điện động ở Rụto lớn hơn điện áp ở đầu cực máy phát Do đó máyphát phát ra công suất P > 0 và Q > 0 cấp cho lưới

Khi Rụto quay sinh ra E0, nên E0 còng quay

Vậy chế độ máy phát thì E0 vượt tríc U

Khả năng tải của máy phát khi làm việc ở chế độ quá tải dòng điện tăng,điện áp giảm, lúc này máy phát làm việc ở trạng thái quá tải, muốn cho điện ápkhông thay đổi thì máy phát làm việc ở chế độ kích từ cưỡng bức (quỏ kớch từ)

để phát ra công suất phản kháng cho lưới Khi máy phát bị non tải thỡ dũnggiảm, điện áp tăng và lớn hơn sức điện động do phần ứng sinh ra Lúc này đểcho điện áp không đổi thì máy phát phải làm việc ở chế độ thiếu kích thích đểtiêu thụ: một phần điện áp rơi trên đầu cực của máy phát

ở máy phát điện, công suất điện từ được chuyển từ Rụto sang Stato bằngcông suất cơ đưa vào trừ các tổn hao trong thộp Rụto và Stato

I.8.2 Máy làm việc ở chế độ động cơ

Nguyên lý chung của động cơ là biến đổi công suất điện thành công suất

cơ ở chế độ này ta cung cấp công suất điện P = UI, dưới tác dụng của từ trường

Phương trình điện áp ở chế độ động cơ:

Động cơ đồng bộ khác với máy phát đồng bộ là khi thiếu kích thích động

cơ tiêu thụ công suất phản kháng của lưới điện (φ > 0) và khi quá kích thíchđộng cơ phát ra công suất phản kháng đưa vào lưới (φ < 0) Vì vậy trong một sốtrường hợp người ta sử dụng chế độ quá kích thích của động cơ để làm mỏy bự

I-9 Chế độ làm việc song song của máy phát điện đồng bộ

Các hệ thống điện gồm nhiều máy phát điện đồng bộ làm việc song songvới nhau, tạo thành lưới điện Công suất của lưới điện rất lớn so với công suấtmỗi máy phát riêng rẽ Do đó điện áp cũng nh tần số của lưới có thể giữ khôngđổi khi thay đổi tải

Để các máy phát điện làm việc song song, phải đảm bảo các yêu cầu sau:

1 Điện áp của máy phát phải bằng điện áp của lưới điện và trùng phanhau

2 Tần số của máy phát phải bằng tần số của lưới điện

3 Thứ tự pha của máy phát phải giống số thứ tự pha của lưới điện

Nếu không đảm bảo các điều kiện trờn thỡ sẽ có dòng điện lớn chạyquanh trong máy, phá hỏng máy và gây rối loạn hệ thống điện

Để đóng máy phát điện vào lưới ta dùng thiết bị hoà đồng bộ

Đối với máy phát điện công suất nhỏ, có thể đóng vào lưới bằng phươngpháp tự đồng bộ nh sau:

Dây quấn kích từ không đóng vào nguồn điện kích từ mà khép mạch quađiện trở phóng điện, để tránh xuất hiện điện áp cao, phá hỏng dây quấn kích từ

Quay Rụto đến gần tốc độ đồng bộ, sau đó đóng máy phát vào lưới và cuối cùng

sẽ đúng dõy quấn kích từ vào nguồn điện kích từ, máy sẽ làm việc đồng bộ

Trong đó: Xưq là điện kháng phản ứng phần ứng ngang trục

Et = -Jiq Xt bá qua điện áp rơi trờn dõy quấn phần ứng

chương II: Hệ thống kích từ máy phát

II.1- Khái niệm chung

Mét trong các hệ thống thiết bị quan trọng nhất quyết định đến sự làmviệc an toàn của máy phát điện, là hệ thống kích từ

Hệ thống kích từ có nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều cho các cuộndây kích thích của máy phát điện đồng bộ

Dũng kích từ phải có khả năng điều chỉnh bằng tay hoặc tự động để đảmbảo chế độ làm việc luôn ổn định, kinh tế của máy phát điện với chất lượng điệnnăng cao trong mọi tình huống

Trong chế độ làm việc bình thường, điều chỉnh dũng kớch từ sẽ điềuchỉnh được điện áp đầu cực máy phát và thay đổi lượng công suất phản khángphát vào lưới

Một vấn đề đáng quan tâm khi máy phát điện làm việc ở chế độ quá độ.Chế độ quá độ có thể xảy ra trong quá trình khởi động máy hoặc khi nối máyphát điện làm việc với lưới

Quá trình quá độ xảy ra có thể làm chất lượng điện năng giảm (khi máyphát nối với lưới) Nếu không khống chế kịp thời có thể gây nên phá huỷ máy.Thông thường thời gian quá độ của máy phát điện nói chung đòi hỏi phải tắt rấtnhanh biên độ dao động của các quá trình quá độ trong máy phải nằm trongphạm vi cho phép Do đó vấn đề điều chỉnh tự động dũng kớch từ có vai trò hếtsức quan trọng

Để tự động điều chỉnh dũng kớch từ của máy phát điện đồng bộ, người ta

sử dụng thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (KĐK) Thiết bị nỏy cú nhiệm vụ giữcho điện áp đầu cực máy phát là không đổi (với độ chính xác nào đó) khi phụ tảithay đổi và nâng cao giới hạn công suất truyền tải của máy phát vào hệ thốnglưới điện Đặc biệt khi máy phát được nối với hệ thống qua đường dây dài.Những yêu cầu chung đối với thiết bị (TĐK)

- Thiết bị (TĐK) phải đảm bảo ổn định tĩnh và nâng cao tính ổn địnhđộng

- Thiết bị (TĐK) cũn cú chế độ kích thích cưỡng bức, khi máy phát làmviệc ở chế độ sự cố (nh ngắn mạch trong lưới) thì chỉ có bộ phận kích thíchcưỡng bức làm việc là chủ yếu Bộ phận này cho phép duy trì điện áp của lưới

và giữ ổn định cho hệ thống

Hiệu quả thực hiện các nhiệm vụ trên phụ thuộc vào đặc trưng và thông

số của hệ thống kích từ cũng nh kết cấu của bộ phận (TĐK)

Để cung cấp một cách tin cậy dòng điện một chiều cho cuộn dây kích từcủa máy phát điện đồng bộ, cần phải có hệ thống kích từ thích hợp với công suấtđịnh mức đủ lớn Thông thường đòi hỏi công suất đình mức của hệ thống kích từbằng (0,2  0,6) % công suất định mức của máy phát điện Việc tạo ra các hệthống kích từ có công suất lớn như vậy thường gặp nhiều khó khăn Đó là vìcông suất chế tạo các máy phát điện một chiều bị hạn chế bởi điều kiện làm việccủa bộ phận đổi chiều, khi máy phát điện một chiều có công suất lớn bộ phậnnáy làm việc kém tin cậy và mau háng do tia lửa điện phát sinh Với các máyphát điện có công suất lớn, người ta phải sử dụng các hệ thống kích từ dùng máyphát điện xoay chiều và chỉnh lưu Ngày nay người ta đang áp dụng phổ biến hệthống kích từ tĩnh, dùng bộ chỉnh lưu có điều khiển

Ngoài công suất định mức và điện áp định mức, hệ hống kích từ còn đượcđặc trưng bởi hai thông số quan trong khác là điện áp kích từ giới hạn (Ufgh) vàhằng số thời gian (Te)

* Điện ỏp kích từ giới hạn là điện áp kích từ lớn nhất có thể tạo ra đượccủa hệ thống kích từ Giá trị điện áp này càng lớn thì phạm vi điều chỉnh dũngkớch từ càng rộng và càng có khả năng điều chỉnh nhanh Đối với máy phát điệntua bin hơi thường có Ufgh  2 Ufđm Trong nhiều trường hợp để đáp ứng các yêucầu đảm bảo ổn định hệ thống, người ta chế tạo Ufgh = (3  4) Ufđm Tuy nhiên,

Ufgh càng cao đòi hỏi hệ thống kích từ phải có khả năng cách điện cao

* Hằng số thời gian Te đặc trưng cho tốc độ thay đổi dũng kớch từ Te

được xác định bởi quán tính điện từ của các cuộn dây điện cảm Te có trị số càngnhỏ thì tốc độ điều chỉnh dũng kớch từ càng nhanh Đặc trưng cho tính tác độngnhanh của hệ thống kích từ bằng tốc độ điện áp kích từ khi có kích thích cưỡngbức

II.2- Phõn loại và đặc điểm của một số hệ thống kớch từ

Hệ thống kớch từ cú thể chia làm 3 nhỳm chớnh :

- Hệ thống kớch từ dựng mỏy phỏt điện một chiều

- Hệ thống kớch từ dựng mỏy phỏt điện xoay chiều và chỉnh lưu

- Hệ thống kớch từ dựng nguồn phỏt điện xoay chiều và chỉnh lưu cú điềukhiển

II.2.1- Hệ thống kớch từ dựng mỏy phỏt điện một chiều

f

BU

BI MF

Wf

I KT

R dc W1

TĐK

W2 W3

hình II-1: sơ đồ kích từ dùng máy phát điện một chiều

Trờn hỡnh II.1 là sơ đồ hệ thống kớch từ dựng mỏy phỏt điện một chiều

Để điều chỉnh dũng kớch từ If ta thay đổi dũng điện kớch từ trong cỏc cuộn dõykớch từ của mỏy phỏt điện một chiều Biến trở Rđc cho phộp điều chỉnh bằng taydũng điện dũng điện kớch từ trong cuộn dõy kớch từ chớnh khi bỏ (TĐK) làmviệc dũng điện trong cỏc cuộn dõy W2 và W3 được điều chỉnh tự động Dũngtrong cuộn W2 điều chỉnh ứng với chế độ làm việc bỡnh thường, cũn W3 ứng vớichế độ kớch thớch cưỡng bức Năng lượng và tớn hiệu điều chỉnh cung cấp cho bộ(TĐK) được nhận từ mỏy biến dũng BI và mỏy biến ỏp BU ở phớa đầu cực củamỏy phỏt

Mỏy phỏt điện một chiều trong hệ thống kớch từ cũng cú thể được kớchthớch độc lập Khi đú một mỏy phỏt điện xoay chiều nhỏ hơn sẽ được dựng làmnguồn cung cấp cho cuộn dõy W1 của mỏy phỏt điện kớch thớch chớnh

Để quay mỏy phỏt điện một chiều người ta cú thể sử dụng năng lượng củachớnh trục quay mỏy phỏt điện đồng bộ, hoặc sử dụng một động cơ xoay chiều

điện tự dùng của Nhà máy hoặc từ một máy phát điện đồng bộ riờng ghộp cựngtrục với máy phát điện chính nhưng có công suất nhỏ.

Sau đây là trình bày các phương pháp quay máy phát điện kích thích

* Trường hợp 1 nh hình vẽ a

MF

Trường hợp này có ưu điểm là đơn giản, giá thành hạ, tốc độ quay ổn định

và không phụ thuộc vào điện áp lưới điện tự dùng Tuy nhiên nó có nhược điểm

cơ bản là khi cần sửa chữa máy kích thích, nhất thiết phải dừng máy phát điệnchính và không thể thay thể được bằng nguồn kích thích dự phòng Ngoài ra tốc

độ quay của trục tua bin hơn quá lớn không thích hợp với máy phát điện mộtchiều do độ phương pháp này chỉ sử dụng ở cỏc mỏy có công suất nhỏ và tốc độvòng quay chậm

* Trường hợp 3 nh hình vẽ c

§ MF MF

Trường hợp này sử dụng động cơ được cung cấp điện từ máy phát điệnxoay chiều nối cùng trục với máy phát điện chính phương án này có nhiều ưuđiểm hơn

* Nhược điểm chung của hệ thống kích thích từ dùng máy phát điện mộtchiều là hằng số thời gian Te lớn từ (0,3  0,6) giây và giới hạn điều chỉnhkhông cao (Ufgh  2) Ngoài ra do có vành góp và chổi điện nên công suất chếtạo bị hạn chế Vì vậy hệ thống kích từ loại này thường được áp dụng ở các máyphát điện có công suất nhỏ và trung bình

II.2.2- Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều và chỉnh lưu

Hệ thống kích từ dạng này có 2 loại chính là :

- Dùng máy phát điện xoay chiều tần số cao

- Dùng máy phát điện xoay chiều không vành trượt

II.2.2.1- Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều tần số cao Máy phát điện xoay chiều tần số cao, được chế tạo theo kiểu cảm ứng rô

to không có cuộn dây, cuộn dây kích từ được đặt ở phần tĩnh Từ thông thay đổi

là nhờ vào kết cấu răng rãnh của rô to

Ví dụ : Với máy phát điện tua bin hơi có tốc độ vòng quay là 3000v/p nếutrên bề mặt rô to được chế tạo với 10 rónh thỡ tần số của dòng điện trong máyphát điện kích thích sẽ là :

f = Z 2 n = - = 50 Hz

60

Dòng điện này qua bộ chỉnh lưu ba pha CL biến đổi thành dòng điện mộtchiều trờn hỡnh II.2 trình bày sơ đồ hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoaychiều tần số cao và chỉnh lưu

h×nh II-2: hÖ thèng kÝch tõ dïng MF§ xoay chiÒu tÇn sè cao vµ chØnh lu'u

I f

BI MF

Wf CL

F f W1

T§K

W2 W3

* Ưu điểm của phương pháp này là dòng điện một chiều sau khi chỉnh lưu

có chất lượng ổn định (độ bằng phẳng cao) thiết bị có kích thước nhỏ, ngoài rathiết bị làm việc với tần số cao còn có khả năng chống được nhiễu công nghiệp

* Nhược điểm : Hạn chế công suất trong trường hợp này chủ yếu vẫn là

do tồn tại vành trượt và chổi điện Phương pháp này còn có nhược điểm nữa làhằng số thời gian Te lớn và Ufgh nhá

II.2.2.2- Hệ thống kích từ không vành trượt

Wf CL

F1 CL§K

T§K

BU MF

BI

phÇn quay h×nh II-3: hÖ thèng kÝch tõ kh«ng vµnh tru'ît

Hệ thống kích từ này sử dụng một máy phát điện xoay chiều ba pha quaycùng trục với MFĐ chính làm nguồn cung cấp cho cuộn kích từ MFĐ đồng bộchính Máy phát điện xoay chiều cho kích từ có kết cấu đặc biệt

Cuộn kích từ đặt ở cuộn dây ba pha đặt ở rô to Dòng điện xoay chiều bapha tạo ra từ máy kích thích được chỉnh lưu thành dòng một chiều nhờ một bộchỉnh lưu công suất lớn, gắn ngay trên trục rô to của máy phát Nhờ vậy cuộndây kích từ của máy phát điện chính Wf nhận ngay được dòng một chiều màkhông cần vành trượt và chổi điện Để cung cấp nguồn cho cuộn dây kích từ củamáy phát kích thích (đặt ở stato) dùng bộ chỉnh lưu có điều khiển, nguồn cungcấp cho nó có thể lấy từ một máy phát xoay chiều tần số cao hoặc từ nguồn điệnxoay chiều bất kỳ

Tác động của (TĐK) được đặt trực tiếp vào cửa điều khiển của bộ chỉnhlưu cấp điện cho cuộn kích từ của máy phát kích, làm thay đổi dũng kớch từtương ứng với mục đích điều chỉnh

ưu điểm của phương pháp này là nâng cao được công suất chế tạo củaMFĐ vì không có chổi than và vành trượt Hằng số thời gian kích từ Te khá nhỏkhoảng từ (0,1  0,15) giây Điện áp kích thích giới hạn Ufgh tương đối lớn Tuynhiên có nhược điểm là chế tạo phức tạp, giá thành thiết bị cao

II.3- Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển

Để giảm thật nhỏ hằng số thời gian kích từ Te là một yêu cầu kỹ thuậtquan trọng, xuất phát từ các bài toán đảm bảo độ ổn định và chất lượng điệnnăng Hằng số thời gian Te được xác định là hằng số thời gian tương đương của

tất cả cỏc khõu từ tín hiệu ra của bộ (TĐK) đến điện áp kích từ Uf của máy phátđồng bộ và thường khá lớn do quán tính điện từ của máy phát kích thích Vậynếu tác động của (TĐK) trực tiếp vào điện áp kích thích Uf thì hằng số thời gian

Te sẽ giảm đi rất nhiều Vấn đề này đã được giải quyết khi xuất hiện các loạichỉnh lưu điều khiển công suất lớn (sử dụng Tiristor ) Sơ đồ hệ thống kích từtrở lên đơn giản nh hình vẽ (II-4) năng lượng cung cấp cho cuộn dây kích thíchcủa MFĐ đồng bộ có thẻ từ một máy phát điện xoay chiều ba pha có tần số từ(50 500) HZ hoặc từ nguồn lưới điện tự dùng

Trong mạch chỉnh lưu có điều khiển, ngoài điều kiện thuận chiều của điện

áp trên chỉnh lưu, còn đòi hỏi một tín hiệu (dòng điện) xuất hiện trên cực điềukhiển thì bộ chỉnh lưu mới cho phép dẫn dòng qua Thường người ta áp dụngchỉnh lưu ba pha có điều khiển trong các hệ thống kích từ Tốc độ điều chỉnhcủa hệ thống này nhanh, có thể coi nh tác động tức thời vào điện áp kích từ.Hằng số thời gian chỉ còn khoảng Te = (0,2  0,04) giây

Do ưu điểm của hệ thống kích từ loại này chúng được áp dụng trong cácmáy phát công suất trung bình và lớn cú yờu cầu về chất lượng điều chỉnh

BI MF

BU

T§K

CL§K nguån cÊp

tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn

h×nh II-4: hÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh luu cã ®iÒu khiÓn

Chương III: Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK)

Các thiết bị tự động điều chỉnh kích từ đều hoạt động theo nguyên tắcđiều khiển bằng liên hệ ngược Điện áp kích từ được điều chỉnh theo mét quyluật xác định, ứng với sự biến thiên của các thông số điều chỉnh nhận được bởicác thiết bị đo lường

Uf = F (Δi, i’, i” ) với i = 1  n

Trong đó :

Δ i, i’, ”i là độ lờch của các thông số trạng thái hệ thống và cácđạo hàm của chúng Hàm F được xác định bởi kết cấu của (TĐK) trong trườnghợp đơn giản đó là tổ hợp của cỏc khõu tỷ lệ Để thực hiện những hàm F phứctạp người ta sử dụng những phần tử biến đổi điện từ khác nhau hoặc sử dụngmỏy tớnh.Hàm F được xác định xuất phát từ yêu cầu đề ra đối với thiết bị(TĐK)

* Giữ điện áp ổn định ở đầu cực máy phát điện (với độ chính xác cầnthiết)

* Đảm bảo ổn định tĩnh và nâng cao tính ổn định động của hệ thống

Khả năng đáp ứng các yêu cầu trên của (TĐK) ngoài sự phụ thuộc vàocấu trúc hàm F còn phụ thuộc vào đặc tính của hệ thống kích từ và kết cấu của

hệ thống điện mà nhà máy điện tham gia làm việc

III-1 Sơ đồ khối thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK)

tÝn hi Öu ra CCCH

®iÒu khiÓn

so s¸nh

®o luêng tÝn hiÖu vµo

* Bộ phận đo lường

Bộ phận này có nhiệm vụ cảm nhận và chuyển đổi các thông số cần đô vềgiá trị thích hợp để đưa vào bộ phận tiếp theo ở thiết bị (TĐK) bộ phận đolường là máy biến điện áp BU và máy biến dòng BI

- Biến điện áp BU dùng để biến đổi điện áp từ trị số lớn xuống trị sốthích hợp (100V hoặc 170V) cung cấp cho các thiết bị mắc phía sau thứ cấp,phụ tải phía thứ cấp của BU phải có điện trở lớn nên có thể coi BU làm việc ởchế độ không tải.

Hệ số biến đổi định mức của BU

KBUđm = U1đm/ U2đm

Trong đó : U1đm và U2đm là điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp

- Biến dòng điện BI dùng dể biến đổi dòng từ trị số lớn xuống trị số thíchhợp (thường là 5A) trừ trường hợp đặc biệt là 1A hoặc 10A cung cấp cho cácdụng cụ đo nh rơ le và tự động hoá Cuộn dây sơ cấp của BI có rất Ýt vòng, cókhi chỉ một vài vòng, cuộn dây thứ cấp có số vòng nhiều hơn và luôn được nốiđất để phòng khi cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp bị chọc thủng thỡ khụng gây

ra nguy hiểm cho các dụng cụ phía thứ cấp Phụ tải thứ cấp của máy biến dòngrất nhỏ Vì vậy có thể coi biến dòng làm việc ở trạng thái ngắn mạch Trongtrường hợp không có tải phải nối tắt cuộn thứ cấp để trỏnh quỏ điện áp cho nã

Hệ số biến đổi định mức của BI là :

KBIđm = I1đm/ I2đm

Trong đó : I1đm và I2đm la dòng điện định mức sơ cấp và thứ cấp

* Bộ phận so sánh :

Bộ phận so sánh có nhiệm vụ tổng hợp và so sánh các tín hiệu đầu vào Ví

dụ ở thiết bị (TĐK) sử dụng corecto điện áp thì tín hiệu đầu vào được phân chia

ra làm hai dòng tuyến tính Itt và không tuyến tính IKTT hai dòng này có hướngngược nhau Độ sai lệch giữa Itt và IKTT được đưa vào bộ phận khuếch đại

* Bộ phận điều khiển

Phần tử chính của khối này là bộ khuếch đại Nú cú nhiệm vụ khuếch đạitính hiệu sai lệch tới giá trị thích hợp và tạo quy luật điều khiển Tín hiệu từ bộkhuếch đại được đưa ra đến cơ cấu chấp hành (CCCH) Bộ khuếch đại có thể sửdụng khuếch đại từ hoặc sử dụng Tizisto để tăng cường và nâng cao chất lượng

điều chỉnh, người ta thường sử dụng các cơ cấu phản hồi trong và phản hồingoài.

* Cơ cấu chấp hành

Bộ phận này nhận tín hiệu từ bộ khuếch đại, tuỳ thuộc vào tính hiệu từ bộkhuếch đại đưa tới nó sẽ tăng hoặc giảm dũng kớch từ của máy phát kích Qua

đó điện áp trên cuộn kích thích của máy phát chính sẽ thay đổi Nh vậy (CCCH)

ở đây là máy phát kích thích tín hiệu từ (CCCH) là điện áp đầu cực của máyphát kích thích nếu trường hợp điều khiển trực tiếp thì đây là máy phát chính

III.2- Một số phương pháp ổn định điện áp máy phát

Nh phần trên đã nói, công suất phát ra của máy phát điện đồng bộ đượcxác định :

P = m.U.I Cos

Trong đó : m - là số pha

Nhìn vào công thức trên ta thấy ứng với một phụ tải nhất định tương ứng

sẽ có hệ số Cos = Const và dòng diện tải I = Const Nh vậy khi phụ tải thay đổidẫn đến điện áp đầu cực của máy phát thay đổi Để điều chỉnh công suất ta phaiđiều chỉnh điện áp U bằng cách thay đổi giá trị dũng kớch từ của mỏy pỏht.Trong thực tế khi phụ tải thay đổi thì cả dòng điện I và góc lệch pha  còng thayđổi Lúc đó cần phải lấy tín hiệu của cả hai đại lượng này để điều chỉnh côngsuất Nhưng cơ quan điều chỉnh ở đây vẫn là cuộn kích từ của máy phát kíchthích, hoặc máy phát chính nếu điều khiển trực tiếp

III.2.1- Điều chỉnh điện áp sử dụng biến trở than

Nguyên lý làm việc của bộ điều chỉnh điện áp sử dụng biến trở than làthay đổi điện trở của các cột than (biến trở được ghép bằng những vành than),trở kháng thay đổi phụ thuộc vào lực Ðp lờn chỳng (hỡnh III.1) trình bày sơ đồđiều chỉnh điện áp dùng biến trở than :

19

19 18

6 3

5 16

8 15 12 13 9

h×nh III-1: ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p dïng biÕn trë than

11

10

14

10- Cần liên động

Nhỡn trên sơ đồ ta thấy cần liên động 10 chịu 3 lực tác dụng là lực hútđiện từ của cuộn dây, phản lực của cột than và lực kéo của lò xo Khi điện ápmáy phát định mức và không đổi lực hút điện từ không đổi, cần 10 sẽ cân bằng

ở một vị trí nhất định Cột than chịu một lực nộn khụng đổi, điện trở của nókhông đổi Khi điện áp máy phát thay đổi, lực hút của cuộn dây thay đổi, lựcnén vào điện trở thay đổi, giá trị của điện trở này thay đổi do đó dòng điện kích

từ của máy phát kích thay đổi

Trong quá trình làm việc hệ thống bị dao động trước khi ổn định do sựgóp mặt của hệ thống từ và cơ khí có quán tính lớn Để ổn định hệ thống người

ta dùng biến áp ổn định 5 lấy điện áp đầu cực máy phát kích phản hồi về cơ cấuđiện từ

Cuộn sơ cấp được nối với cuộn ổn định 13, phải đấu sao cho chiều quấndâu của cuộn 12 người với cuộn 13 Nh vậy từ trường trong hai cuộn dây nàyngược chiều nhau Thực chất biến áp 5 và đường phản hồi đóng vai trò như mộtkhâu vi phân Khi điện áp máy phát kích không đổi, dòng điện chạy trong cuộn

sơ cấp của biến áp 5 không đổi, điện áp thứ cấp bằng không, trong cuộn dây 13không có dòng qua Khi điện áp máy phát kích thay đổi, dòng điện chạy trongcuộn sơ cấp của máy biến áp 5 thay đổi, cuộn thứ cấp sẽ cảm ứng ra một suấtđiện động vì vậy sẽ cú dũng chạy qua cuộn 13 làm mức độ từ hoá của lừi thộp

15 thay đổi (khi độ từ hoá tăng cho đến khi bão hoà thì tác dụng của cuộn dây

12 sẽ giảm) tuỳ thuộc vào tốc độ thay đổi của máy phát kích mà dòng điện chạytrong cuộn dây 13 có trị số tương ứng

Sơ đồ điều chỉnh điện áp bằng biến trở than có cấu trúc đơn giản, làm việctin cậy nhưng do có quán tính lớn lên tác động chậm và gây ra hiện tượng quáđiều chỉnh

III.2.2- Bộ điều chỉnh điện áp sử dụng khuyếch đại từ

Khuyếch đại từ thực chất là cuộn cảm có điều khiển, có thể thay đổi đượccảm khỏng (hỡnh III-2a,b)

h×nh III-2

+

a) Cấu tạo khuyếch đại từ

b) Quan hệ X, I với (I W) đk

Khi thay đổi dòng điện điều khiển iđk, độ từ cảm của lừi thộp thay đổi,cảm kháng thay đổi, kết quả là dòng điện nối với phụ tải thay đổi (I xoay chiều)mặc dù điện áp xoay chiều của nguồn không đổi Quan hệ giữa X, I và (IW) đktrờn hỡnh III-2b

Trờn hình III-2b ta thấy các đường cong đối xứng, nói cách khác, quan hệtrên không phụ thuộc vào chiều của (IW) đk

Số vòng của cuộn dây điều khiển rất lớn, do đó chỉ cần dòng điều khiểnthay đổi một lượng rất nhỏ có thể đạt được sự thay đổi khá lớn dòng điện phụtải

Hệ số khuếch đại của (KĐT) được xác định nh sau :

K = ΔPpt/ ΔPđk

Trong đó : ΔPt - Độ thay đổi công suất mạch phụ tải

ΔPđk- Độ thay đổi công suất mạch điều khiển

Từ hình III-2b ta thấy hệ số khuyếch đại đặc trưng bằng độ dốc của đặctuyến : I = f (iw)đk

Mét trong các biện pháp có hiệu quả để tăng hệ số khuếch đại của KĐT làdùng phản hồi có hai loại phản hồi, đó là phản hồi ngoài và phản hồi trong.

* Phản hồi ngoài :

Trong KĐT có đặt thêm cuộn phản hồi Wph Trong cuộn này cú dũng phụtải đã được chỉnh lưu chạy qua Tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc mà phụ tải cóthể đặt trước hoặc sau chỉnh lưu

Nếu sức từ động của các cuộn điều khiển và phản hồi cùng chiều thì ta cóphản hồi dương ngược lại thì ta có phản hồi âm

ở phản hồi dương khi tăng dòng điện điều khiển dòng phụ tải và sức từđộng phản hồi tăng lên Nhờ có thêm sức từ động phản hồi dòng phụ tải đượctăng thêm Như vậy nhờ có sức từ động phản hồi chỉ cần dòng điều khiển nhỏhơn so với KĐT không có phản hồi Hệ số khuếch đại của KĐT có phản hồidương lớn hơn rất nhiều so với loại không có phản hồi Còn ở phản hồi âm khităng dòng điều khiển thì hệ số khuếch đại của KĐT nhỏ đi

Người ta đánh giá tác dụng của phản hồi bằng hệ số phản hồi Kph

Kph = Wph/WTrong đó :

Wph và W là số vòng dây tương ứng của cuộn phản hồi và cuộn làm việc

* Phản hồi trong :

ở KĐT phản hồi trong không dùng cuộn dây phản hồi, người ta sử dụngluôn cuộn dây làm việc làm cuộn phản hồi Dòng phụ tải sau khi qua các cuộnlàm việc được cho qua chỉnh lưu để có tác dụng phản hồi, trong cuộn dây có cảthành phần dòng xoay chiều và thành phần dòng một chiều

hình III-3 khuyếch đại từ có phản hồi ngoài

Cấu tạo và nguyờn lý hoạt động của sơ đồ nh sau :

Mỏy phỏt kớch cỳ hai cuộn dõy kớch từ, cuộn dõy kớch từ chớnh WKT vàcuộn kớch từ phụ WP, sức từ động do hai cuộn dõy này sinh ra cú hướng cựngchiều

Phõn chia sức từ động trong hai cuộn dõy này cú thể là : Cuộn kớch từchớnh đảm nhận 100% dũng kớch từ cho mỏy phỏt cũn cuộn WP chỉ cú tỏc dụngkhi kớch thớch cưỡng bức và trong quỏ trỡnh khởi động Mạch trờn cú thể phõnchia thành hai bộ phận chớnh là thiết bị (compun) dũng điện và thiết bị (corectơ)điện ỏp

- Bộ phận đo lường : Gồm phần từ tuyến tớnh và phần tử khụng tuyếntớnh, ngoài ra cũn cỳ chỉnh lưu CL5 và bộ phận tạo đặc tớnh phụ thuộc gồm biến

ỏp BG cựng một phàn biến trở đặt Rđc1 , Rđc2 lấy điện ỏp cung cấp thờm cho cuộn

sơ cấp của BĐL

- Xột sự làm việc của bộ phận đo lường với giải thiết khụng cú bộ phậntạo đặc tớnh phụ thuộc, cụ thể là khụng cú biến ỏp trung gian BG

CL4

BK CB

h×nh III-4 R5

Rkt

F BI

CL3

Rdc1

Rdc2

Hình (III-4) Mạch điều chỉnh công suất sử dụng khuếch đại từ

Phần tử tuyến tính gồm cuộn sơ cấp của biến dòng đo lường ba pha BĐL

và chỉnh lưu CL3 Cuộn này nhận điện từ thứ cấp BU điện trở thống của nó cóthể coi nh không đổi và lừi thộp chưa bão hoà và trong phía sơ cấp tồn tại khe