Giáo trình điện tàu thủy cho ngành máy lái ( hàng hải)

Cùng với nhu cầu nâng cao về tính năng, hiệu quả khai thác kinhtế, giảm nhẹ sức con người sử dụng là một trong những yêu cầu cơbản của thiết kế tầu thủy, trang thiết bị trên tầu ngày càn

ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC : ĐIỆN TẦU THUỶ.

Ngành học : Máy tầu thuỷ

* Vị trí môn học: Môn học điện tầu thuỷ được bố trí vào học kỳ

cuối của học sinh nghành máy tầu thuỷ Môn học được tiến hànhđồng thời với các môn học chuyên môn khác, giúp sinh viên cóthể hiểu được về vai trò, chức năng của các hệ thống điện điểnhình trên tầu thuỷ Từ đó giúp cho sinh viên nghành máy tầu thuỷsử dụng, khai thác, vận hành tốt và có hiệu quả các hệ thốngnăng lượng tầu thuỷ

* Mục đích môn học: Môn học điện tầu thuỷ giúp cho sinh viên và

các sỹ quan máy tầu thuỷ hiểu được yêu cầu, chức năng, cấutạo, cách bố trí các thiết bị điện trong hệ thống năng lượng điệntầu thuỷ Sau môn học sinh viên có thể đọc được sơ đồ nguyênlý, có khả năng khắc phục các sự cố nhỏ trong quá trình khaithác vận hành các hệ thống năng lượng điện tầu thuỷ

* Yêu cầu môn học: Để học môn điện tầu thuỷ được tốt, trước

đó sinh viên phải có kiến thức tốt các môn học: Kỹ thuật

điện ; Cơ sở kỹ thuật điện tử ; Máy điện và thiết bị điện.

* Môn học gồm 3 phần lớn : - Trạm fát và lưới điện tầu

- Kỹ thuật điện tầu thủy – Ts Trần HoàiAn

- Điện tầu thủy - Ts Nuyễn Hữu Khương

-ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC : ĐIỆN TẦU THỦY.

DÙNG CHO NGÀNH MÁY TẦU TẠI CHỨC : 90 Tiết

LÝ THUYẾT :57.5 tiết, BÀI TẬP : 29.5 tiết, THỰC HÀNH: 3 tiết

( Trong ngoặc )

DÙNG CHO NGÀNH MÁY TẦU CHÍNH KHÓA : 135 Tiết.

LÝ THUYẾT :82 tiết, BÀI TẬP : 47 tiết, THỰC HÀNH: 6 tiết

NGƯỜI SOẠN : ĐÀO HỌC HẢI Ngày 1.9.2006

A Nội dung và phân bố chương trình:

thuyết Bàitập hànhThực

1 PHẦN 1: Trạm phát và lưới điện tầu

B Nội dung chi tiết

thuyết

Bàitập hànhThực

PHẦN 1: Trạm phát và lưới điện

CHƯƠNG 1 : Trạm fát điện tầu

1.1 Khái niệm chung 1 (0.5)

1.2 Các loại máy fát điện dùng trên tầu

thủy 0,5(0.5)

1.3 Các tham số của trạm fát điện 1 (1)

1.4 Máy fát điện và các đặc tính cơ bản 2 (2)

1.5 Ổn định điện áp cho các máy fát điện 4 (4) 4 (2)

1.6 Công tác song song của các máy fát 4 (2) 2 (1)

điện

1.7 Bài tập lớn : Phân tích hệ thống AVR cụ

CHƯƠNG 2 : Bảng phân phối điện

chính, bảng điện sự cố và các thiết

bị bảo vệ trạm fát điện

8 (5) 3 (2) 3 (3)

2.1 Bảng điện chính và hệ thống phân chia

điện năng 2 (1)

2.2 Bảo vệ cho trạm fát điện 3 (2)

2.3 Giới thiệu sơ đồ trạm fát điện tầu thủy

cụ thể trong phòng Thí Nghiệm 3 (3)2.4 Trạm fát điện sự cố, bảng điện sự cố 2 (1) 3 (2)

2.5 Kiểm tra cách điện lưới điện tầu thủy 1 (1)

(2,5) 0 (0) 0 (0)

3.1 Khái niệm, phân loại và ứng dụng 0.5

(0.5)

CHƯƠNG 4: Lưới điện và ánh

4.2 Các loại chiếu sáng trên tầu thủy 2 (1)

4.3 Hệ thống ánh sáng đèn tín hiệu

6.2 Động cơ điện một chiều (đặc tính cơ,

khởi động, đảo chiều, điều chỉnh tốc

độ)

1 (1)

6.3 Động cơ điện xoay chiều (đặc tính cơ,

khởi động, đảo chiều, điều chỉnh tốc

độ)

1 (1)

CHƯƠNG 7 : Hệ thống truyền

7.1 Khái niệm chung (vai trò, chức năng,

7.2 Hệ thống lái đơn giản (sự cố) –

7.5 Hệ thống lái điện cơ, điện thủy lực 1 (1)

7.7 Thực hành hệ thống lái tại nhà tầu

CHƯƠNG 8 : Hệ thốngtruyền

8.1 Chức năng, yêu cầu, phân loại 1 (1)

8.2 Các giai đoạn thu neo, đồ thị tải 1 (1)

8.3 Chọn động cơ thực hiện và hệ

thống điều khiển cho truyền động điện

neo, tời quấn dây

1 (1)

8.4 Giới thiệu sơ đồ cụ thể: Hệ thống

CHƯƠNG 9 : Hệ thốngtruyền

9.1 Vai trò, chức năng, đặc điểm, yêu

9.6 Các hệ thống điều khiển của

9.7 Giới thiệu sơ đồ cụ thể: Hệ thống

9.1

0 hàng cụ thể Bài tập lớn : Phân tích sơ đồ làm 4 (0.5)

CHƯƠNG 10 : Hệ thốngtruyền

PHẦN 3: Các hệ thống tự động

CHƯƠNG11 : Các phần tử tự

CHƯƠNG12 : Các hệ thống tự

7 Hệ thống điều khiển từ xa điezen 3 (2) 3 (2)

Mục lục

thuyế tậpBài Trang

1.1 Khái niệm chung 1 (0.5)

1.2 Các loại máy fát điện dùng trên tầu

thủy 0,5(0.5)

1.3 Các tham số của trạm fát điện 1 (1)

1.4 Máy fát điện và các đặc tính cơ bản 2 (2)

1.5 Ổn định điện áp cho các máy fát điện 4 (4) 4 (2)

1.6 Công tác song song của các máy fát

1.7 Bài tập lớn : Phân tích hệ thống AVR cụ

CHƯƠNG 2 : Bảng phân phối điện

chính, bảng điện sự cố và các thiết

bị bảo vệ trạm fát điện

8 (5) 3 (2)

2.1 Bảng điện chính và hệ thống phân chia

điện năng 2 (1)

2.2 Bảo vệ cho trạm fát điện 3 (2)

2.3 Giới thiệu sơ đồ trạm fát điện tầu thủy

cụ thể trong phòng Thí Nghiệm

2.4 Trạm fát điện sự cố, bảng điện sự cố 2 (1) 3 (2)

2.5 Kiểm tra cách điện lưới điện tầu thủy 1 (1)

(2,5) 0 (0)

3.1 Khái niệm, phân loại và ứng dụng 0.5

(0.5)

CHƯƠNG 4: Lưới điện và ánh

4.2 Các loại chiếu sáng trên tầu thủy 2 (1)

4.3 Hệ thống ánh sáng đèn tín hiệu

6.2 Động cơ điện một chiều (đặc tính cơ,

khởi động, đảo chiều, điều chỉnh tốc

độ)

1 (1)

6.3 Động cơ điện xoay chiều (đặc tính cơ, 1 (1)

khởi động, đảo chiều, điều chỉnh tốc

độ)

CHƯƠNG 7 : Hệ thống truyền

7.1 Khái niệm chung (vai trò, chức năng,

7.2 Hệ thống lái đơn giản (sự cố) –

7.5 Hệ thống lái điện cơ, điện thủy lực 1 (1)

7.7 Thực hành hệ thống lái tại nhà tầu

( Gylot)

CHƯƠNG 8 : Hệ thốngtruyền

8.1 Chức năng, yêu cầu, phân loại 1 (1)

8.2 Các giai đoạn thu neo, đồ thị tải 1 (1)

8.3 Chọn động cơ thực hiện và hệ

thống điều khiển cho truyền động điện

neo, tời quấn dây

1 (1)

8.4 Giới thiệu sơ đồ cụ thể: Hệ thống

CHƯƠNG 9 : Hệ thốngtruyền

9.1 Vai trò, chức năng, đặc điểm, yêu

9.6 Các hệ thống điều khiển của

9.7 Giới thiệu sơ đồ cụ thể: Hệ thống

9.1

0 hàng cụ thể Bài tập lớn : Phân tích sơ đồ làm 4 (0.5)

CHƯƠNG 10 : Hệ thốngtruyền

-10

3 Bơm, quạt gió, máy nén gió Giới thiệu một số sơ đồ cụ thể : 1.5 (1)

10

PHẦN 3: Các hệ thống tự động

CHƯƠNG11 : Các phần tử tự

CHƯƠNG12 : Các hệ thống tự

7 Hệ thống điều khiển từ xa điezen 3 (2) 3 (2)

Chương 1: Trạm fát điện tầu thuỷ.

1.1 Khái niệm chung 1 tiết 1.1.1 Khái niệm:

- Trạm fát điện tầu thuỷ làm nhiệm vụ cung cấp, truyền và

phân bố năng lượng điện cho các thiết bị dùng điện

- Tất cả các thiết bị để vận hành một con tàu phần lớn đều sử dụng nguồn năng lượng điện, vì vậy năng lượng điện đóng vai trò rất quan trọng quyết định cho sự sống còn của con tàu Từ các máy mócđiện hàng hải như: Vô tuyến, VHF, Rada, Máy đo sâu… đến các thiết

bị buồng máy như: Các loại bơm, máy lọc, máy Phân ly, động cơ Diezel

… và cả các thiết bị phục vụ cho con người như: Chiếu sáng, đốt nóng, Máy lạnh… đều sử dụng chung một nguồn năng lượng, đó là nguồn năng lượng điện Sở dĩ có điều này là do nguồn năng lượng điện có nhiều ưu thế hơn các nguồn năng lượng khác ở chỗ:

- Dễ tạo ra từ các nguồn năng lượng khác cũng như có thể biến đổi từ năng lượng điện sang các dạng năng lượng một cách đơn giản và thuận tiện

- Trạm phát điện có thể là máy phát điện xoay chiều, máy phátđiện một chiều hoặc ắc-quy để tạo ra nguồn điện.

- Nguồn điện này được đưa lên bảng phân phối điện chính, bảngphân phối điện phụ, bảng phân phối điện sự cố, rồi phân tới cácphụ tải với mục đích: - Phân chia điện năng

Hiện nay trên các tàu thủy thường sử dụng trạm phát điện dieselxoay chiều gồm động cơ diesel trung tốc hoặc cao tốc lai máy phát xoaychiều đồng bộ 3 pha điện áp 380V tần số 50Hz hoặc điện áp 440Vtần số 60 Hz Trong giới hạn tài liệu này, chúng ta nghiên cứu trạmphát điện diesel xoay chiều điển hình ở tàu hàng

Tùy thuộc vào loại tàu mà trạm phát điện có thể bao gồm 2 đến

6 máy phát chính và 1 máy phát sự cố Tàu hàng khô, tàu containerthường có 2 đến 3 máy phát, tàu khách thường có 4 đến 6 máyphát, … Các máy phát này có thể công tác độc lập hoặc song songnhau

Hình 1.2 vẽ sơ đồ một dây trạm phát điện có 3 máy phát chínhtrong đó 2 máy phát cùng công suất, 1 máy phát có công suất nhỏhơn và 1 máy phát sự cố Đây là một trạm phát điển hình thườngthấy ở các tàu hàng, tàu container

Trong cấu trúc này sử dụng thêm một máy phát công suất nhỏđể tăng tính linh hoạt và tính kinh tế trong khai thác trạm phát điện Khitàu đỗ bến không làm hàng thì tải tiêu thụ nhỏ, lúc này máy phátcông suất nhỏ này được sử dụng

Hình 1.3 vẽ sơ đồ một dây trạm phát điện có 2 máy phát chínhcùng công suất, 1 máy phát sự cố và 2 máy phát đồng trục Đâylà một trạm phát điển hình ở các tàu dịch vụ, tàu cứu hộ, … Haimáy phát đồng trục chủ yếu cấp điện cho các phụ tải công suấtlớn như chân vịt mũi, chân vịt mạn, bơm cứu hỏa, …

Cấu trúc này có ưu điểm là nâng cao hiệu suất sử dụng máychính, giảm chi phí khai thác bảo dưỡng trạm phát (các diesel lai máyphát)

-Hình 1.3 Trạm phát điện điển hình ở tàu dịch vụ

Vậy hệ thống năng lượng điện gồm: Nguồn điện, các bảngphân điện và lưới điện

Trạm fát điện tạo ra năng lượng điện trên tầu, Trạm fát điện là contim, dây điện là mạch máu của con tầu

1.1.2 Điều kiện công tác của các trang thiết bị điện trên tầu thuỷ:

Các trang thiết bị đặt trên tầu thuỷ làm việc trong những điềukiện khó khăn hơn nhiều so

với các thiết bị điện trên bờ:

- Có độ rung lắc lớn gây ra bởi các thiết bị sản suất trên tầu

- Chịu sự chấn động do va đập của sóng gió, hoặc tầu va vàovật cản

- Độ lắc ngang, lắc dọc lớn

- Độ ẩm tương đối của không khí lớn ( 98% ở nhiệt độ 40 c ) vàtrong không

khí có chứa muối

- Sự thay đổi nhiệt độ của môi trường trong phạm vi rộng khi tầuhoạt động

trong vùng không giới hạn ( - 40 c / + 50 c )

- Sự chật trội trong các phòng đặt thiết bị gây khó khăn cho sửdụng và sửa chữa

1.1.3 Yêu cầu chung của các thiết bị điện trên tầu thuỷ.

Do điều kiện làm việc của các trang thiết bị điện nặng nề như

vậy nên có các yêu cầu sau:

- Có độ tin cậy cao trong điều kiện hoạt động đặc biệt nói trên (phụ thuộc vào vật

liệu chế tạo của phần dẫn điện cũng như phần cách điện)

- Có cấu tạo phù hợp với điều kiện công tác , có trọng lượngvà kính thước bé (để có

điều kiện chở hàng và ở)

- Thuận tiện cho việc bảo quản bảo dưỡng và sửa chữa.

- Hiệu suất ( hệ số sử dụng) cao

- Gây nhiễu ra-đi-ô ít và tránh gây tiếng ồn

- Giá thành phải thấp và sự thống nhất phải cao ( các thiết bịgiống nhau để dễ sử lý và

1.2.1 Máy fát điện một chiều:

Thường sử dụng máy fát điện một chiều sau đây:

- Máy fát điện một chiều kích từ độc lập : dòng kích từ donguồn độc lập cung cấp

1.2.2 Máy fát điện xoay chiều:

Trên tầu thủy ngày nay năng lượng điện xoay chiều do các máyfát đồng bộ tạo ra Máy fát được lai bằng tuyếc bin khí hoặc động cơđiêzel ( động cơ điêzel riêng hoặc máy fát đồng trục).dòng kích từđược chỉnh lưu từ suất điện đông xoay chiều của phần ứng máyđồng bộ

Cấu tạo của máy điện không đồng bộ bao gồm hai bộ phận chínhlà stator và rotor

1.2.2.1 Stator

Stator của máy điện đồng bộ giống stator của máy điện khôngđồng bộ, có hai phần chính là lõi thép và dây quấn (hình 1.4.a) Dâyquấn stator được gọi là dây quấn phần ứng

Lõi thép stator hình trụ gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện ghéplại Mặt trong có những rãnh để chứa một bộ dây quấn ba pha.Dây quấn stator làm bằng các dây dẫn bọc cách điện, đặttrong các rãnh được phân bố đều dọc theo chu vi của lõi thép

1.2.2.2 Rotor

Rotor cũng có hai phần chính là cực từ và dây quấn kích từ

Rotor có hai loại: rotor cực ẩn (hình 1.4.b) và rotor cực lồi (hình 1.4.c).Rotor cực ẩn thường dùng ở máy có tốc độ cao và có một đôicực Để có sức điện động hình sin, từ trường của cực từ rotor phảiphân bố hình sin dọc theo khe hở không khí giữa stator và rotor, ở đỉnh

-các cực từ có từ cảm cực đại Với rotor cực ẩn, dây quấn kích từđược đặt trong các rãnh Với rotor cực lồi, dây quấn được quấn trêncực từ

a) b) c)

Hình 1.4 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha:

a) Stator; b) Rôto cực ẩn; c) Rôto cực lồi;

Hình 1.5 Cách nối dây kích từ qua vành trượt – chổi than

Hình 1.6 Sơ đồ đầu máy phát điện đồng bộ (phía vành trượt –

chổi than)

Hình 1.7 Sơ đồ làm mát bằng không khí máy phát điện tàu

thủy

Máy phát điện tàu thủy thường được làm mát bằng khôngkhí nhờ hệ thống quạt làm mát gắn hai đầu trục máy và kếtcấu thông gió trong thân máy Hình 7-4 vẽ sơ đồ bố trí quạt gióvà luồng khí làm mát máy Quạt gió được bố trí phía không cóvành trượt – chổi than.

1.2.2.3 Nguyên lý làm việc của máy phát đồng bộ.

Xét máy phát đồng bộ ba pha trên hình 1.10 Để đơn giản, ta giảsử máy có hai cực và mỗi pha chỉ có hai dây dẫn đấu nối tiếp, tạothành một vòng dây đặt trong hai rãnh Trên thực tế, mỗi pha cónhiều cuộn dây; mỗi cuộn có nhiều vòng dây phân bố đều trongcác rãnh dọc theo chu vi stator

Cho dòng điện kích từ (dòng một chiều) vào dây quấn kích từ sẽtạo ra từ trường rotor Khi quay rotor bằng động cơ sơ cấp, từ trườngrotor sẽ cắt dây quấn phần ứng và cảm ứng sức điện động xoaychiều hình sin Nếu từ thông do rotor tạo ra có trị cực đại là m và

phân bố hình sin dọc theo khe khí thì sức điện động cảm ứng trong mộtpha stator có trị hiệu dụng:

Ep = 4,44fkdqNmvới N là số vòng dây mỗi pha, kdq là hệ số dây quấn

Hình 1.9 a) Máy phát đồng bộ ba pha hai cực đơn giản;

b) Biểu diễn đơn giản máy phát đồng bộ; c) đấu Y; d) đấu 

Nếu rotor có 2p cực và quay n vòng/phút thì tần số sức điện độngsinh ra trong các cuộn dây ax, by, cz là:

Tần số (được đo bằng Hertz) của sức điện động là số chu kỳ sóng trên một giây, phụ thuộc vào tốc độ quay và số cực

Số cặp cực

Tốc độ (vòng/phút)

Vì trục các cuộn dây lệch nhau 120 0 điện trong không gian, nên ta có

một hệ thống sức điện động 3 pha: ea(t) = Epsint

eb(t) = Epsin(t – 1200)

ec(t) = Epsin(t – 2400)

-Các sức điện động này có thể ghép Y (hình 1.10.c) hoặc  (hình1.10.d) Thực tế máy phát điện tàu thủy chỉ nối Y

-1.3 Các tham số của trạm fát điện ( 1 tiết).

Trạm fát điện có các tham số cơ bản sau: - Loại dòng điện ( mộtchiều và xoay chiều)

- Cấp điện áp (12v, 24v, 127v, 220v,

chiều: 50hz, 60hz, 400hz

1.3.1 Loại dòng điện :

Cơ sở để chọn là các tải của nó( tải chủ yếu là động cơ), xuhướng hiện nay là dùng trạm xoay chiều Những thiết bị dùng điệnmột chiều thì qua bộ biến đổi

Sở dĩ hay dùng điện xoay chiều vì những lý do sau đây:

- Độ tin cậy cao, chế tạo dễ, ít hỏng hóc C hi phí bảodưỡng rẻ hơn rất nhiều so

với một chiều

- Mức độ phức tạp khi quấn dây xoay chiều dễ hơn mộtchiều

- Trọng lượng và kích thước bé( riêng máy fát xoay chiềulớn hơn một chiều)

- Thay đổi tốc độ đối với động cơ xoay chiều khó hơn mộtchiều( ngày nay đã có

những bộ biến đổi tần số để điều chỉnh láng động

cơ xoay chiều)

n ~ = 60f/p = n (1-s) chỉ thay đổi tốc độ từng cấp

U M R

n - = +

C (  +  ) C C ( 

+  )

 : Từ thông cuộn kích từ songsong

 : Từ thông cuộn kích từ nối tiếp

C , C : Hệ số phụ thuộc máy điện

- Cáp dẫn điện : Động cơ xoay chiều và một chiều tương đương.Trong thực tế cáp một chiều nhỏ hơn xoay chiều Nhưng bên xoaychiều có khả năng tăng áp dễ hơn nên có thể giảm dòng

- Về thiết bị khởi động: Bên xoay chiều nhỏ hơn một chiều

- Công tắc tơ, rele : Công tắc tơ một chiều tin cậy hơn xoay chiều,nhưng kích

thước xoay chiều nhỏ hơn một chiều vì thiết bị dập hồquang bé hơn

1.3.2 Cấp điện áp:

Theo quy định của Đăng kiểm Việt nam có các cấp điện áp sau:

Áp xoay chiều : 12v, 24v, 36v, 127v, 220v, 380v, 440v,600v

Áp một chiều : 12v, 24v, 36v, 110v, 220v

- 12v : dùng cho nơi ẩm ướt

- 24v : dùng cho nơi có độ ẩm cao

- 110v, 220v : dùng cho mạch ánh sáng, động lực

- 380v, 440v : dùng cho mạch động lực

- 600v : Dùng cho thiết bị chuyên dùng ( chân vịt điện)

1.3.3 Chọn tần số :

Thường chọn theo tiêu chuẩn nhà nước chế tạo ra trạm fátđó: Xu hướng là tăng f Khi f tăng  n tăng  M giảm( P = const )

 d ( đường kính rotor) giảm  giảm được kích thước trọng lượngmáy điện nhưng kéo theo đó là một số vấn đề vềbạc đỡ và ổbi

Tầu Nhật, tầu Châu Âu: 60hz Tầu các nước XHCN : 50hz -

1.4 Máy fát điện và các đặc tính cơ bản ( 2 tiết) 1.4.1 Máy fát điện một chiều: ( Máy điện T2- trang 189)

Máy fát điện một chiều có 4 đại lượng đặc trưng là : U, I ,

I , n Trừ tốc độ

được động cơ sơ cấp giữ không đổi, ba đại lượng còn lại có vaitrò mật thiết với nhau

Khi nghiên cứu máy điện một chiều có các đặc tính sau:

1 Đặc tính không tải U = E = f (I ) Khi I = 0,

Đặc tính [1] là trường hợp đặc biệt của [4] khi I = 0

Đặc tính [2] là trường hợp đặc biệt của [5] khi U = 0

Ở các máy fát kích từ song song và hỗn hợp: I = I I

Ở các máy fát kích từ nối tiếp : I = I = I

Đặc tính không tải U = E = f (I ) Khi I = 0, n

= cont.

U = E

Iđm Iđm I tớihạn

Đường [3] : nốinghịch 2 cuộn k.từ

Đặc tính điều chỉnh I = f (I ) Khi U = cont, n= cont

I I

Iktktải Ikthtải

( giữ cho U = Uđịnhmức khi không tải)

I

I

MFMC kích từ độc lập MFMC kíchtừ song song

MFMC kích từ nối tiếp MFMC kíchtừ hỗn hợp

[1]-đấu b.thường; [2]- bùthừa; [3]- đấu ngược

1.4.2 Máy fát điện xoay chiều: ( máy điện T2 – trang 44)

Máy fát điện xoay chiều có các đại lượng đặc trưng là : U, I ,

Itai, n, cos , tần số f Trừ tốc độ được động cơ sơ cấp giữ không

đổi, có ba đại lượng còn lại có vai trò mật thiết với nhau : U, I

kíchtừ, I

Khi nghiên cứu máy điện xoay chiều có các đặc tính sau:

1 Đặc tính không tải U = E = f (I ) Khi I = 0,

4 Đặc tính tải U = f (I ) Khi Itai = cont, f=

cont cos = cont

-5 Đặc tính điều chỉnh I = f (Itai ) Khi U = cont, f=

cont cos = cont

Đặc tính không tải U = E = f (I ) Khi I = 0, f = cont.

Đặc tính tải U = f (I ) Khi I = cont, f = cont cos

= cont.

U,I

Itai = 0 Itai =Iđm

I kich tù

Đặc tính điều chỉnh I = f (I ) Khi U = cont, f = cont cos = cont

I

1.5 ổn định điện áp cho các máy phát điện (4t lý

thuyết, 2t bài tập).

1.5.1 Tại sao cần ổn định điện áp cho máy fát điện trên tầu thuỷ:

Công suất của các bộ tiêu thụ điện trên tầu thuỷ là rất lớn

so với công suất của máy fát nên gây dao động điện áp lưới Cóthể coi mạng điện trên tầu thuỷ là mạng mềm Nên việc ổn địnhđiện áp là việc cần thiết Điều chỉnh điện áp cho máy fát điệndựa trên nguyên tắc thay đổi dòng kích từ

Cùng với nhu cầu nâng cao về tính năng, hiệu quả khai thác kinhtế, giảm nhẹ sức con người sử dụng là một trong những yêu cầu cơbản của thiết kế tầu thủy, trang thiết bị trên tầu ngày càng hiệnđại, kỹ thuật trang bị ngày càng tinh xảo đã thay thế con người ởrất nhiều khâu trong các hệ thống của tầu thủy

Cũng như trên đất liền, trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật,nguồn điện năng là vô cùng cần thiết và hết sức quan trọng, đốivới tầu thuỷ, cho dù tầu đó là loại tầu gì, trọng tải bao nhiêu.Nguồn điện năng được sử dụng trên tầu có mặt ở hầu hết cáckhâu, các thiết bị các quá trình hoạt động và làm việc, sinh hoạtcủa thuyền viên,

Có thể liệt kê một số các thiết bị :

- Máy móc trên boong bao gồm: Máy lái, tời neo, tời quấn dây,tời kéo, thiết bị làm hàng tời cần trục, cầu thang máy

- Máy móc phục vụ máy chính: Bơm nước mặn, bơm nước ngọt, bơmcấp dầu đốt, bơm tuần hòan dầu nhờn, bơm nước làm mát

- Nồi hơi, máy lọc, máy phân ly …

- Các máy dùng chung: Bơm Balatt, Bơm La can, bơm cứu hoả, cứuđắm…Hệ thống quạt gió hầm hàng, buồng máy

- Hệ thống điện sinh hoatï: Máy điều hoà không khí, hệ thống bếpđiện, phigô, bơm nước ngoạt, nước biển, bơm vệ sinh

- Hệ thống máy móc trong xưởng: Máy tiện, máy khoan, máy mài,máy hàn…

- Máy móc hàng hải: La bàn, máy đo sâu, tốc độ kế, thiết bịdẫn đường, thiết bị thông tin VTĐ

- Các hệ thống tín hiệu chung: Báo cháy, cứu hỏa, cứu sinh, tínhiệu hành trình

- Chiếu sáng chung, chiếu sáng riêng, chiếu sáng sự cố

- Cá hệ thống kiểm tra, đo lường, dự báo

Chế độ làm việc của hệ thống điện năng tầu thuỷ

Tầu thuỷ là một nhà máy sản xuất công nghiệp hoàn thiện vớimức độ điện khí hoá và tự động hoá rất cao, sản phẩm của quátrình sản xuất đặc biệt, nên máy móc thiết bị trên tầu thuỷ cũngkhác nhiều so với các nhà máy trên bờ, mà một trong các đặcđiểm đó là: các phụ tải tiêu thụ điện năng rất nhiều chủng loại vàtổng công suất cuả thiết bị tiêu thụ điện lớn hơn tổng công suấtcủa các máy phát điện, chúng được sử dụng với nhiều mức độ tảikhác nhau Thông thường để đánh giá tình trạng làm việc của hệthống điện tầu thuỷ, người ta gắn với các chế độ hoạt động củacon tầu

Tầu thuỷ có các chế độ hoạt động sau:

a) Chế độ tầu đỗ bến không bốc xếp hàng hoá.

Ở chế độ này công suất tiêu thụ điện chủ yếu cho các thiết bị

sinh hoạt như: quạt gió, ánh sáng, điều hoà, phigo, bếp điện… phục vụcông tác bảo trì tầu như máy nén khí, buá gõ gỉ…, phục vụ Diesel –máy phát điện, hoặc cung cấp cho các hệ thống tời tự động quấndây buộc tầu Công suất chế độ này tiêu thụ chỉ bằng 15 –30 %công suất của trạm phát điện

b) Chế độ tầu đỗ bến có bốc xếp hàng hoá

Ở chế độ này, nếu sử dụng thiết bị bốc xếp trên tầu (cầntrục, tời hàng ) thì sẽ tiêu thụ công suất rất lớn, thông thường máymóc làm hàng có công suất chiếm khoảng 60% tổng công suất củatoàn trạm phát nên trong chế độ này có thể trạm phát điện sẽ bịquá tải nếu tất cả các thiết bị làm hàng cùng hoạt động ở mứctải cao (cùng nâng) Có thể một số phụ tải không quan trọng sẽ tựđộng bị ngắt ra khi trạm bị quá tải [Xem trong phần trình bày về bảovệ trạm phát điện], Đặïc trưng chế độ làm việc của hệ thống điệntrong chế độ này là có các máy phát phải làm việc song song vớinhau, phụ tải biến động lớn

Nếu bốc xếp hàng không dùng thiết bị trên tầu thì công suất tiêu thụ tương tự như chế độ “đỗ bến không làm hàng”

c) Chế độ tầu điều động

Khi tầu ra vào cảng, đi trong luồng hẹpï, trong kênh, trong vịnh…Chế độ này có tổng công suất tiêu thụ khá lớn vì các máy mócphục vụ thiết bị động lực như: Máy nén khí, hệ thống quạt gió, cácmáy lọc, chuyển dầu đốt, dầu bôi trơn, bơm nước làm mát động cơtrên tầu đã chiếm khoảng trên 50% công suất toàn trạm, ngoài racòn có các tời quấn dây, tời neo, máy lái… đều hoạt động, do đóchế độ này có thể cần công suất rất lớn và khá ổn định, cácmáy phát phải làm việc song song, khả năng đáp ứng công suấtcủa các máy phát được phát huy do công suất dự trữ của máyphát

d) Chế độ tàu hành trình

Khi tầu hành trình trên biển, công suất điện năng tiêu thụ tương đối ổn định, vì lúc đo chủ yếu là phục vụ thiết bị động lực và làm việc của thuyền viên, thường thì các tầu có thể chỉ cần chạy 1 tổ máy phát điện để cung cấp năng lượng điện, một số tầu có trang bịmáy phát đồng trục, hoặc máy phát tuốcbine dùng hơi từ nồi hơi khí xả thì chế độ này có thể chỉ cho máy phát đồng trục, hoặc máy phát tuốc bine hơi làm việc là đủ

e) Chế độ tàu bị sự cố.

Trong khi hoạt động con tầu có thể xảy ra nhiều sự cố khác nhau, nhưng khái niệm chế độ sự cố ở đây là xét tới chế độ sự cớ khá năng nề như đâm, va, tầu thủng, tầu cháy…trường hợp đó, các

động cơ bơm cứu đắm, bơm cứu hoả, hệ thống máy nén khí, neo tời…hoạt động và tiêu thụ nguồn công suất điện rất lớn

Ngoài 5 chế độ kể trên, người ta còn căn cứ vào thời gian banngày, ban đêm, muà đông, muà hè để phân biệt và tính toán côngsuất cần thiết chính xác cho các chế độ hoạt động

Phụ tải điện năng và chế độ làm việc của chúng trên tầu thuỷ

1 Phụ tải tiêu thụ điện

Ngày nay trên tầu thuỷ các phụ tải tiêu thụ điện năng rất đadạng về chủng loại và công suất tiêu thụ, tuy nhiên có thể liệt kêthông qua các khu vực phục vụ của phụ tải điện như sau:

- Phụ tải phục vụ máy động lực – các động cơ điện truyền độngcác bơm dầu bôi trơn, bơm nước mặn và nước ngọt làm mátmáy chính, các máy phát điện, các bơm chuyển dầu, bơm ballat,bơm lacan, bơm cứu hoả, các động cơ máy nén khí, máy phân ly,hệ thống nồi hơi…

- Phụ tải quạt thông gió, điều hoà nhiệt độ,

- Phụ tải thiết bị trên boong- máy neo, tời quấn dây, tời sau lái,các tời hàng, cần trục, cầu thang máy, nâng hạ thang, xuồng …

- Phụ tải là các máy nén lạnh và hệ thống làm lạnh

- Phụ tải thiết bị hâm xấy, đốt nóng dầu, nước…

- Phụ tải các biến áp, hệ thống chiếu sáng

- Phụ tải các máy móc ở xưởng công cụ và nhà bếp

- Phụ tải cấp nguồn cho các thiết bị điều khiển, thiết bị thôngtin, máy móc dẫn đường, thiết bị an toàn và bảo vệ

Phụ tải cấp điện cho chân vịt điều động, vv

Đặc điểm của phụ tải điện tầu thuỷ

Chủ yếu là các phụ tải trên tầu là các phụ tải động lực tạo

công suất (tải P) (chiếm khoảng 75-85% công suất của trạm phát điện Các phụ tải điện theo lý thuyết mạch có thể thấy tính chất phụ tải chỉ gồm có hai loại R, và RL, còn phụ tải là tụ điện C rất nhỏ bé, chỉ có trong các mạch bù cos hoặc chuyển dịch, dập tia lửatrên các tắc te của đèn huỳnh quang, hoặc tụ cộng hưởng trong các bộ TĐDCĐA

Các điện trở đốt nóng, các thiết bị xấy, đèn điện sợi đốt, đèn

hồ quang…Hệ số công xuất của các phụ tải là cos =1 Các phụ tảinà có đặc điểm chung là dòng điện khởi động bằng chính dòngđiện công tác

b Tải mang tính chất cảm (L-R)

Các động cơ điện, các cuộn hút… Hệ số công xuất cos <1, đốivới các động cơ điện, trên trục của nó là tải do máy cơ khí tạo nên.Hầu hết các phụ tải loại này đều có dòng điện khởi động lớn hơndòng điện khi thiết bị làm việc, ngoài ra khi tải cơ khí thay đổi thìngoài sự thay đổi của dòng điện động cơ thay đổi, giá trị cos củađộng cơ điện cũng sẽ thay đổi theo

Các động cơ điện, các biến áp ngoài tiêu thụ công suất tác dụng P, còn tiêu thụ một công suất Q để tạo từ trường và gây ảnh hưởng tới giá trị điện áp Hệ số công suất cos  của phụ tải điện tầu thuỷ thường nằm trong khoảng từ 0,85 đến 0,95

Các đèn chiếu sáng cũng có hệ số công suất 0,95 –1 tuỳ vào việc sử dụng đèn huỳnh quang hay đèn sợi đốt

Tổng công suất của phụ tải trên tầu bao giờ cũng lớn hơn tổngcông suất của trạm phát điện được thiết kế và lắp đặt do trong thựctế số lượng phụ tải thiết kế thường có nhiều khụ tải làm việc trong chế độ dự trữ, đồng thời ngay các động cơ điện làm việc trên lưới cũng có phụ tải thay đổi giá trị trong chế độ hoạt động

Chế độ làm việc của phụ tải điện năng tầu thuỷ

Dựa theo tính chất phát nhiệt của phụ tải điện năng tầu thuỷngười ta phân biệt các phụ tải điện năng theoba chế độ làm việc.Việc phân biệt này có ý nghiã quan trọng trong việc lựa chọn phụ tảilàm việc, đặc biệt là các phụ tải là động cơ , biến áp

a Chế độ làm việc dài hạn

Là chế độ các thiết bị điện làm

việc với thời gian mà nhiệt độ của

thiết bị nóng tới nhiệt độ xác lập Toxl

và không tăng dù thời gian kéo dài

bao lâu Nhiệt độ xác lập của thiết bị

phụ thuộc vào cấp Cách điện của vật

liệu cách điện trong thiết bị điện và

nằm trong các giá trị là60oC, 80oC,

100oC,125oC,150oC, 180oC

Nhiệt độ này được ghi trên nhãn

các thiết bị Chẳng hạn như thiết bị neo,

thiết bị nâng hạ cầu

thang, thiết bị nâng hạ xuồng, máy via,

tời sau lái, máy nén khí, bơm dự phòng

…

b Chế độ làm viếc ngắn hạn lặp lại

Là chế độ làm việc của thiết bị mà nhiệt độ của thiết bị tăng từ nhiệt độ môi trường Tomt chưa tới nhiệt độ xác lập Toxl, nhưng thiết bị lại ngừng hoạt động, thời gian ngừng chưa đủ để nhiệt độ của thiết bị giảm tới nhiệt độ của môi trường, cứ như

thế nhiệt độ của thiết bị không đạt tói nhiệt độ

củamôi trường , cũng không tăng tới nhiệt độ

xác lập

Đây là chế độ hoạt động của các thiết bị

chẳng hạn: như tời hàng, cần trục, động cơ

trực tiếp quay bánh lái các động cơ bơm dầu

tuần hoàn bôi trơn…

Chế độ làm việc

ngắn hạn lặp lại

Chế độ làm việc ngắn hạn

Là chế độ hoạt động của

thiết bị điện mà thời gian thiết bị

làm việc Tlv, nhiệt độ của thiết bị

không đạt tới nhiệt độ xác lập, và

thời gian nghỉ của thiết bị Tng, đủ

để nhiệt độ của động cơ giảm

xuống nhiệt độ môi của môi

trường Tmt

Đây là chế độ hoạt động của

các thiết bị trên tầu chẳng hạn: như

tời neo, động cơ tời cầu thang, bơm

hút lacan, máy nâng hạ xuồng cứu

sinh, bơm chuyển dầu, máy nén khí,

bơm vệ sinh…,

Có rất nhiều loại tầu thuỷ khác nhau: Tầu hàng khô, Tanker, tầuchuyên dụng, tầu khách, tầu dầu, tầu container, tầu dịch vụ, tầucông trình, tầu cứu hộ, tầu kéo, tầu đánh cá, tầu chế biến ,tầunghiên cứu đại dương , tầu cẩu, tầu hút, tầu cuốc vv…, mỗi loại tầutrên đó trạm phát điện lại có nhiều chế độ làm việc đòi hỏi côngsuất điện cung cấp cho các phụ tải tiêu thụ điện rất khác nhau,

Ngoài ra các trạng thái khởi động, dừng động cơ, việc chạy cácphụ tải điện theo ngày, đêm, theo mùa, theo vùng hoạt động cũnglàm cho việc tiêu thụ công xuất điện trong trạm phát thay đổi rất lớn.Trên đồ thị biểu thị đồ thị tải của một trạm phát điện khi tầu đỗbến có làm hàng , thời gian xác định là 24 giờ (1 ngày, đêm) Ở

-đây ngoài phần phụ tải cố định không thay đổi ở mọi chế độ làmviệc còn có phần phụ tải thực tế do các thiết bị đưa vào làm việc

do yêu cầu hoặc ngẫu nhiên hoạt động

- Phần phụ tải cố định vào khoảng 15%,

- Từ 0 –4 giờ có sự cố phải sửa chữa, công xuất tiêu thụ thêm một phần P1

- Từ 4 -6 giờ – sự cố khắc phục xong

- Khi tầu đổ bến làm hàng Ngoài các phụ tải như chế độ tầuđỗ bến không làm hàng còng có phụ tải là thiết bị bốc xếphàng hoá, công suất nhóm này chiếm từ 50 –70% tổng côngsuất trạm phát điện Chế độ này sẽ có nhiều máy phát làmviệc song song với nhau

- Khi tầu hành trình: Phụ tải điện chủ yếu là thiết bị phục vụthiết bị động lực, máy lái…, chế độ này công suất trạm phátđiện tiêu thụ từ 50 –60% tổng công suất trạm phát Có thể cótừ 1 đến 2 tổ máy phát làm việc cung cấp năng lượng điện chochế độ này

- Khi tàu điều động Công suất trạm phát phải phát huy tối đa dongoài công suất tiêu thụ cuả các máy móc, thiết bị giống nhưchế độ tầu hành trình, còn có các máy nén khí, máy neo, cácbơm dùng chung …hoạt động Chế độ này được đảm bảo bằngđộ dự trữ công suất của các tổ máy phát điện

- Khi tầu bị sự cố: Tuỳ theo các sự cố như cháy tầu hoặc thủngtầu…, nhìn chung khi sự cố các phụ tải trên tầu hầu như phảihoạt động , làm việc của chúng được phát huy từ khả năngquá tải của các tổ máy phát điện

Tính kinh tế trong khai thác tổ máy phát điện

Đối với đa số các tầu vận tải hàng hoá, tầu container, tanker,các tầu dầu, tầu công trình và dịch vụ… động cơ truyền động cácmáy phát điện chủ yếu là động cơ đốt trong, chế độ làm việc, mức

tiêu hao nhiên liệu, hiệu xuất của động cơ phụ thuộc rất nhiều vàochế độ phụ tải điện của máy phát

Hiệu xuất và mức tiêu hao nhiên liệu tổ hợp động cơ diesel- máy phát điện d – hiệu xuất của động cơ diesel ; g - Hiệu suât của máy phát điện ; G/KW/h – Mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ diesel theo công suất

Phân tích chế độ làm việc của động cơ sơ cấp là động cơ Dieselchúng ta có thể thấy một số vấn đề sau:

- Khi công suất máy phát đạt 75-90% thì hiệu suất động cơ đốttrong là cao nhất, mức tiêu hao nhiên liệu/1KW h điện là nhỏnhất

- Khi công suất máy phát giảm 50% thì mức tiêu hao nhiên liệucho 1Kw/h điện tăng lên 12-15%

- Khi công suất phát ra dưới 35% thì mức tiêu hao nhiên liệu sẽtăng gấp đôi

1.5.2 Các nguyên nhân gây ra sự dao động điện áp: ( 4 nguyên

nhân)

* Do dòng tải thay đổi ( khi thay đổi tải)

* Do tính chất tải thay đổi( đối máy fát điện xoay chiều)

ItaiItai

Đặc tính ngoài MFMC Đặc tính ngoàiMFXC

-Khi dòng tải thay đổi, điện áp cũng thay đổi theo, do đó phảithay đổi dòng kích từ để giữ điện áp không đổi Đối máy fát xoaychiều, với cùng dòng tải, tính chất tải thay đổi cũng làm điện ápthay đổi( đối tải thuần dung khi tăng tải đến lúc nào đó thì điện ápcũng giảm)

* Do nhiệt độ trong cuộn dây máy fát thay đổi: Khi nhiệt độ củacuộn dây thay đổi làm cho

điện trở của cuộn dây thay đổi, dẫn tới sụt áp trên cuộndây cũng thay đổi( cuộn dây phần

ứng và cuộn dây kích từ) , dẫn tới điện áp máy phát cũng thayđổi

* Do tốc độ động cơ lai thay đổi: khi tốc độ động cơ lai thay dổi làmsuất điện động của phần ứng thay đổi, do đó điện áp ra cũng bịthay đổi

( E = U +  I.X = C  n )

* Do phân phối tải giữa các máy phát làm việc song song không đềuKhi các máy phát điện làm việc song song trên cùng một mạng, nếu xảy ra trường hợp tải phân bố không đều giữa các máy phát sẽ dẫntới dòng cân bằng giữa hai máy, dòng điện này có tính chất cảm kháng , nên mang tính khử từ và làm giảm từ trường chính của các máy phát điện làm điện áp mạng giảm xuống

* Do các bộ tự động điều chỉnh làm việc không ổn định

Khi bộ điều chỉnh điện áp hoặc bộ điều chỉnh tần số làm việc

không ổn định sẽ xảy ra hiện tượng điện áp dao động

* Do ngắn mạch ở các vị trí khác nhau trong mạng điện

Dòng điện ngắn mạch sẽ gây sụt áp trên mạng, giá trị độ giảmđiện áp phụ thuộc vị trí của điểm ngắn mạch

Ngoài các yếu tố cơ bản trên đây, cũng còn một số nguyênnhân phụ khác gây nên sự thay đổi điện áp: Tính chất mạch từ thayđổi, điện trở tiếp xúc tăng lên, hư hỏng trong máy phát hoặc bộđiều chỉnh…

1.5.3 Hậu quả của sự thay đổi điện áp máy fát điện:

* Đối với động cơ M  U , do vậy khi U thay đổi dẫn tới M thay đổi :

khi U giảm làm M giảm, sẽ gây quá tải cho động cơ Khi U tăng dẫntới Itai tăng làm fát nhiệt và cháy động cơ

* Đối với hệ thống ánh sáng: Khi U giảm quang thông giảm, Khi U

tăng tuổi thọ của thiết bị giảm

* Đối với các công tắc tơ rele, áp tô mát: Khi U giảm 80  các khícụ làm việc không tin cậy, có thể bị nhả

1.5.4 Quy định của đăng kiểm về giá trị điện áp của mạng điện tầu thuỷ,

Các cơ quan đăng kiểm đều có các yêu cầu đối với các thiết bị

tự động ổn định điện áp và tần số máy phát điện

a- Mỗi tổ máy phát điện đều phải trang bị một bộ tự động điều chỉnhđiện áp riêng để:Khi thay đổi tải tĩnh tư 0-Iđm, với giá trị cosđm vàtốc độ quay nằm trong giới hạn sai số 5%, điện áp máy phát không

được thay đổi quá  2,5% và khi cos = 0,6 –0,9 thì độ sút áp khôngquá  2,5%

b- Các bộ tự động điều chỉnh điện áp phải có khả năng cường kíchkích từ để : Khi thay đổi tải đột ngột đóng 50% tải, ngắt đột ngột100% tải với giá trị cos = 0,6 –0,9 thì điện áp máy phát không daođộng quá +15% và giảm quá –20%, trong thời gián 1,5 giây điện ápmáy phát phải về ổn định với độ chính xác  2,5% , với cos = 0,3 –0,4, độ chính xác là  2,5% Các bộ điều chỉnh điện áp phải cóthiết bị đảm bảo sự phân chia tải phản tác dụng giữa các máy khilàm việc song song không chênh lệch quá  10%

c- Mỗi tổ máy phát điện đều phải trang bị một bộ tự động điều chỉnhtần số riêng để:

d- Khi thay đổi tải tĩnh tư 0-Pđm, giá tốc độ quay thay đổi nằm trong giớihạn sai số 5%,

- Khi chị tải đột ngốt 50% và ngắt tải đột ngột 100%, tốc độ động cơkhông được giảm quá 15% và sau 5 giây phải về ổn định trong phạm vicho phép sai số so với  5%

- Các bộ điều chỉnh tần số và động cơ sơ cấp phải đảm bảo sự phânchia tải tác dụng giữa các máy phát khi làm việc song song với độchênh lệch không chênh lệch quá  10%

Do vậy trên tầu cần thiết phải có bộ tự động điều chỉnh điệnáp

Với bộ tự động điều chỉnh điện áp có quy định:

- Dòng ngắn mạch ổn định chỉ bằng 3Iđm ( )

- Có thể chịu quá tải I= 1.5.Iđm trong vòng 2 phút

- Khi công tác song song phân phối tải vô công và hữucông không quá 10 

-1.5.5 Các nguyên lý xây dựng các bộ tự động điều chỉnh điện áp một chiều và xoay chiều.

1.5.5.1 Nguyên lý : Có các nguyên lý sau :

- Xây dựng theo nhiễu cơ bản ( dòng tải và tính chất tải): Phức hợpdòng và phức hợp pha

- Xây dựng theo độ lệch ( theo hậu quả)

- Xây dựng theo nguyên lý kết hợp ( nhiễu cơ bản + độ lệch)

Biến dòng Biến dòng

Kích từ Kíchtừ

NL phức hợp dòng NL phứchợp pha

NL theo độ lệch NL kết hợp

1.5.5.2 Tự động điều chỉnh điện áp ( AVR) đối máy một chiều: 1.5.5.2.1 Nguyên lý theo nhiễu :

KT nối tiếp Khi Itải tăng

làm Iktnt tăng, dẫn

tới từ thông

tổng hợp tăng , như

vậy điện áp sẽ

F

SSKĐ

F-

F

  U

Lò so

Cuộn hút K.từ Điện trở than Lò so

đóng vai trò như U chuẩn

1.5.5.3 Tự động điều chỉnh điện áp ( AVR) đối máy xoay chiều: 1.5.5.3.1 Ngyên lý theo nhiễu: Phưong pháp phức hợp dòng, phức

hợp pha

Hiện nay phương pháp phức hợp dòng hầu như không sử dụng vìphương pháp này chỉ nhậy cảm với dòng tải mà không nhậy cảmvới tính chất tải, với nhiệt độ và tốc độ quay Vì vậy ta chỉ nghiêncứu phương pháp phức hợp pha Có 2 loại:

- Phức hợp pha nối tiếp Và Phức hợp pha song song

1.5.5.3.1.1 Phức hợp pha nối tiếp:

Uktừ

B.dòng B.áp

Uu(Umf)

K.từ ZkItải(I i)

lại Khi cos tăng ( Tức thời làm điện áp máy phát tăng lên), làm

góc nhỏ đi, véc-tơ I i có xu hướng quay ngược chiều kim đồng hồ,dẫn tới Uk.từ giảm đi làm cho điện áp máy phát về giá trị định

mức Khi cos giảm : ngược lại.

Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp phức hợp pha nối tiếp hãngRade Koncar ( Tàu Việt Nam – Nam Tư )

F TK

TP

G

Xt

 B.trởIu

Về nguyên lý: Khi Itải tăng ( tức thời làm điện áp máy phát giảmxuống), thì I i tăng ( I i = k Itải), dẫn tới Ik.từ tăng làmcho điện áp máy phát về giá trị định mức Khi Itải giảm: ngược lại

Khi cos tăng ( Tức thời làm điện áp máy phát tăng lên), làm góc

nhỏ đi, véc-tơ I i có xu hướng quay ngược chiều kim đồng hồ, dẫntới Ik.từ giảm đi làm cho điện áp máy phát về giá trị định mức Khi

cos giảm : ngược lại.

* Ưu, nhược điểm

F

~

- Heô thoâng chư hoát ñoông chính xaùc trong moôt phám vi nhaât

ñònh, do tính phi tuyeân cụa caùc thieât bò

- Coăng keănh

* Cuoôn cạm Xk



Ñaău dađy ra

Caẫu táo cụa Xk

Khi thay ñoơi khe khí seõ thay ñoơi ñöôïc cạm öùng L cụa cuoôn dađy -> thay ñoơi ñoô sút ñieôn aùp tređn cuoôn cạm -> giaù trò thaønh phaăn ñieôn aùp maùy phaùt ñieôn seõ thay ñoơi vaø keât quạ laø ñieôn aùp maùy phaùt seõ thay ñoơi Ñađy laø moôt bieôn phaùp khaù phoơ bieân ñeơ xöû lyù caùc heô thoâng

Khi khe khí khođng thay ñoơi, cạm öùng L cụa cuoôn dađy coâ ñònh, nhöng neâu ta thay ñoơi ñaău dađy ra thì ñoơi ñoô xút aùp tređn cuoôn cạm cuõng seõ thay ñoơi -> giaù trò thaønh phaăn ñieôn aùp seõ thay ñoơi vaø keât quạ laø ñieôn aùp maùy phaùt seõ thay ñoơi

Ngöôøi ta duøng caùc nguyeđn taĩc ñoù ñeơ ñieău chưnh giaù trò ñieôn aùp khođng tại cụa caùc boô töï ñoông oơn ñònh ñieôn aùp kieơu phöùc hôïp pha nhöng trong mách kích töø khođng coù ñieôn trôû kích töø phú Rktp

*Bieân aùp phöùc hôïp : Bieân aùp phöùc hôïp laø thaønh phaăn khođng

theơ thieâu ñoâi vôùi caùc heô thoâng phöùc hôïp pha coù phöông phaùp coông thaønh phaăn doøng, vaø aùp thođng qua töø tröôøng

Caâu táo cụa bieân aùp phöùc hôïp gioâng nhö caâu táo cụa maùy bieânaùp ba pha, nhöng ôû moêi nhaùnh cụa mách töø, soâ cuoôn dađy nhieău hôn Thöôøng sô caâp coù 2 cuoôn dađy laø: cuoôn dađy doøng ñieôn vaø cuoôndađy ñieôn aùp; thöù caâp laø cuoôn laây ñieôn ra kích töø, nhö tređn hình veõ

I

-Thöù caâp cụa bieân aùp phöùc hôïp coù theơ coù nhieău cuoôn dađy ñieôn töø duøng cho nhieău chöùc naíng khaùc nhau, ngoaøi cuoôn dađy ñeơ cung caâp doøng kích töø cho maùy phaùt ñieôn, chaúng hán nhö coù theơ coù cuoôn dađy duøng khoùa lieđn ñoông caùc mách kích töø trong quaù trình phađnphoâi tại, hoaịc caùc cuoôn dađy laây nguoăn cho thieât bò khaùc hoát ñoông vv…

- Trong thöïc teâ khođng phại bao giôø cuõng caăn coù ñụ 3 pha Caùccuoôn dađy cụa bieân aùp phöùc hôïp cuõng khođng nhaât thieât phại caănlaây ñoâi xöùng soâ voøng dađy, tuy nhieđn söï khođng ñoâi xöùng lái coùmoôt nhöôïfc ñieơm quan tróng ñoù laø söï sạn sinh ra doøng ñieôn baôc

Loõi saĩt töø

Cuoô

n dađy pha A dđy A

Cuoô

n dađy pha B

Cuoô

n dađy pha C

4 3 2

1

1 Mách töø

2 Cuoôn dađy doøng ñieôn

3 Cuoôn dađy ñieôn aùp

4 Cuoôn dađy thöù caâp

-cao, một trong những nguyên nhân làm cho lõi thép và các cuộndây nóng lên Một số trường hợp khi thiết kế người ta để mạchtừ có khe khí và đưa vào đó một tấm đệm phi từ chẳng hạn nhưthanh đồng trần, tác dụng của nó tương tự như là cuộn dây cảmkháng Xk nay ít thấy)

- Một loại biến áp phức hợp nữa cũng được sử dụng rộng rãi, đólà các biến áp phức hợp có cuộn điều khiển (5)

Độ từ hoá của lõi thép sẽ thay đổi theo giá trị dòng điện mộtchiều, và thay đổi được hệ số của biến áp giữa các cuộn sơ cấpvà thứ cấp (xem trong tài liệu phần tử tự động) Loại này được ápdụng rất rộng rãi trong các hệ thống tự động ổn áp hoạt động theonguyên tắc hỗn hợp,

Idk

Biến áp phức hợp có điều khiển

Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp phức hợp pha song song hãng Stiil – Đức

Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp phức hợp pha song song

1.5.5.3.2 Nguyên lý tự động ổn định theo độ lệch: ( feed back –

0 Uo2Uo Uab

Ưu, nhược điểm

- Thời gian điều chỉnh dài

- Là hệ thống điều chỉnh có sai số, giá trị của đại lượng được điều chỉnh sau khi kết thúc quá độ không bao giờ bằng giá trị trước đó Điều này rất quan trọng đối với các máy phát để

chúng có khả năng làm việc song song và phân phối tải

- Độ quá điều chỉnh lớn, khi khởi động động cơ công suất lớn có thể gây nên xũt áp sâu, áptomát máy phát có thể nhả

- Tính ổn định kém, muốn khắc phụ thì phải thêm khối ổn định động làm hệ thống phức tạp hơn

Các hệ thống tự động điều chỉnh điện áp hoạt động theo

nguyên tắc độ lệch thích hợp hơn cả là ứng dụng cho các trạm phát điện mà ở đó phụ tải điện năng về cơ bản ít thay đổi như các tầu khách, tầu nghiên cứu biển, tầu chuyên dụng vận tải sử dụng cẩu bờ, tầu vận tải dầu cỡ trung bình làm hàng bằng máy chính vv…

1.5.5.3.3 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý kết hợp.

Để phát huy hết những ưu điểm của các hệ thống tự độngđiều chỉnh điện áp theo nhiễu và độ lệch người ta chế tạo hệthống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc kết hợp

Có thể chia hệ thống làm 2 loại:

- Kết hợp giữa độ lệch và phức hợp pha song song

- Kết hợp giữa độ lệch và phức hợp dòng

Ơû hệ thống điều khiển theo nguyên lý kết hợp thì phần phức hợpđóng vai trò chính ( Điều khiển theo nhiễu ) còn độ lệch đóng vai trònâng cao độ chính xác

Ví dụ : Sơ đồ hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý

kết hợp VCU hãng AVAN

KAICK

a Giới thiệu chức năng phần tử.

G : Máy phát không chổi than

TP : Biến dòng

L : Cuộn cảm lấy tín hiệu áp

TN1 : Biến áp ba pha lấy tín hiệu độ lệch

Tn : Biến áp hai pha cấp nguồn cho bộ AVR

P4, P3, P2 : Các bộ cầu chỉnh lưu

PP : biến dòng để lấy tín hiệu điều chỉnh phân bốtải vô công

R11, C3 : Phản hồi âm mềm vi phân điện áp

Và một số phần tử khác sẽ trình bày trong phần nguyênlý hoạt động

I1, K1 : Cuộn kích từ

b Nguyên lý hoạt động.

Tín hiệu phản hồi dòng và áp lấy qua biến dòng TP và cuộn cảm Lđưa tới cầu chỉnh lưu P2

Điện áp 3 pha lấy qua biến áp TN1 tới cầu chỉnh lưu P3 đưa điện áp ra

so sánh với điện áp chuẩn đặt trên điod Zener DZ để đưa tới tầngkhuếch đại trung gian ( T3, T4, T5 ).Tín hiệu ra đưa đi điều khiển TransistorT2 ( Tín hiệu độ lệch )

Nếu vì một nguyên nhân nào đó điện áp của máy phát thay đổithì tín hiệu điều khiển khoá hoặc mở bớt T2 để thay đổi dòng kích từqua I1K1 qua đó thay đổi điện áp của máy phát làm ổn định dần

Hệ thống có độ ổn định cao, hệ thống máy phát không chổi thanhạn chế được rất nhiều hư hỏng ( do chổi than thường gây ra ).

Hệ thống gọn nhẹ, kết cấu vững chắc, có độ điều chỉnh rộng vàđược lắp đặt rất nhiều trên các tàu do Balan sản xuất

Bài tập :Thuyết minh hệ thống tự động điều chỉnh điện áphãng Fennya

-1.6 CÔNG TÁC SONG SONG CỦA CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN.

(4t lý thuyết, 2t bài tập ).

1.6.1 Ý nghĩa, nguyên nhân các máy phát làm việc song song :

Trên tầu thuỷ công suất tiêu thụ điện lớn so với công suất trạmphát, tải toàn tầu không ổn định (phụ thuộc từng chế độ làm việccủa tầu ) Mặt khác để nâng cao độ tin cậy của trạm phát thườngbố trí ít nhất hai trạm phát điện để tăng tính kinh tế khi khai thácnăng lượng điện Do vậy trên tầu thuỷ thường thường các máy phátphải làm việc song song

Khi các máy fát điện làm việc song song :

- Sẽ đảm bảo cung cấp năng lượng điện cho mọi chế độ hoạt độngcủa tầu, có thể ngắt một

hay một số máy khi ít tải

- Có khả năng khởi động được các động cơ dị bộ có công suất lớn

so với công suất của máy

phát

- Có khả năng phục hồi điện áp nhanh

- Khi chuyển từ máy này sang máy kia không sẩy ra hiện tượng ngắtđiện ( Nguồn trên thanh

cái lúc nào cũng có điện)

- Giảm được trọng lượng của các thiết bị phân phối

* yêu cầu của các máy phát khi làm việc song song :

- Cung cấp đầy đủ năng lượng điện cho mọi chế độ hoạt độngcủa tầu

- Các máy phát phải làm việc ổn định với phạm vi thay đổi tảilớn

- Quá trình phân phối tải giữa các máy phát phải đều nhau