nghiên cứu hệ điều khiển kích từ cho máy phát thủy điện nhỏ

Trong nhà máy thủy điện muốn cho máy phát điện phát ra điện năng ổn định và có chất lượng cao thì cần phải có hệ thống điều khiển kích từ cho máy phát đồng bộ.. Trước khi kết thúc khóa h

VŨ THỊ ÁNH NGỌC

NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ CHO MÁY PHÁT THUỶ ĐIỆN NHỎ

Chuyên ngành: Thiết bị mạng và nhà máy điện

Mã số:

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN - 2010

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Quốc Khánh

Phản biện 1: PGS.TS Trần Bách

Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Như Hiển

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại:

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐHTN

Ngày 24 tháng 09 năm 2010

Có thể tìm luận văn tại

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan những nghiên cứu dưới đây là của em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Bùi Quốc Khánh, nếu sai em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 09 năm 2010

Người cam đoan

Vũ Thị Ánh Ngọc

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Bùi Quốc Khánh và thầy giáo Vũ Hoàng Phương đã hướng dẫn và cho

em những ý kiến quý báu và luôn theo sát từng bước đi, luôn khích lệ động viên

… trong quá trình học tập và nghiên cứu của em

Xin được chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trung tâm công nghệ cao Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt cho việc học tập và nghiên cứu tại trường

Xin chân thành cảm ơn tới Ban chủ nhiệm, toàn thể các thầy cô giáo cùng cán

bộ trong khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu, giúp đỡ về nhiều mặt trong thời gian làm nghiên cứu của tôi Xin được trân trọng cảm ơn khoa Đào tạo và bồi dưỡng sau đại học;

Xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi rất nhiều Xin được bày tỏ lòng biết ơn tới bạn bè đồng nghiệp – những người thân đã đóng góp những ý kiến quý báu cho tôi và luôn mong đợi sự hoàn thành công việc nghiên cứu của tôi

Xin được trân trọng cảm ơn

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Bùi Quốc Khánh và thầy giáo Vũ Hoàng Phương trường ĐHBKHN đã hướng dẫn và cho em những ý kiến quý báu và luôn theo sát từng bước đi, luôn khích lệ động viên trong quá trình học tập và nghiên cứu của em

Xin được chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trung tâm công nghệ cao Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt cho việc học tập và nghiên cứu tại trường

Xin chân thành cảm ơn tới Ban chủ nhiệm, toàn thể các thầy cô giáo cùng cán

bộ trong khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu, giúp đỡ về nhiều mặt trong thời gian làm nghiên cứu của tôi

Xin được trân trọng cảm ơn khoa Đào tạo và bồi dưỡng sau đại học;Xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi rất nhiều Xin được bày tỏ lòng biết ơn tới bạn bè đồng nghiệp – những người thân đã đóng góp những ý kiến quý báu cho tôi và luôn mong đợi

sự hoàn thành công việc nghiên cứu của tôi

Xin được trân trọng cảm ơn

MỤC LỤC

Nội dung

TRANG PHỤ BÌA

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

DANH MỤC BẢN VẼ

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NHỎ

1.1.Tổng quan về nhà máy thủy điện nhỏ

a.Tình hình phát triển thủy điện

b Sơ đồ nhà máy thủy điện

c Phân loại nhà máy thủy điện

d Nguyên lý phát điện của nhà máy thủy điện

e Tự động hóa trong nhà máy thủy điện

1.2.Điều tốc turbine thủy điện nhỏ

a Cấu tạo chung của thiết bị điều tốc

b Các chức năng của điều tốc

c Điều chỉnh mômen trên trục turbine

1.3 Máy phát điện

1.3 1.Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ

1.3.2 Phương trình điện áp và đồ thị véc tơ của máy phát điện đồng bộ 1.3.3 Các đặc tính điều chỉnh của máy phát đồng bộ

1.3.4 Các đặc tính điều chỉnh của máy điện đồng bộ

a Đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ

b Đặc tính ngoài

c Đặc tính điều chỉnh

1

1

3

4

6

9

10

10

12

13

14

14

16

16

21

21

22

d Đặc tính tải

e Đặc tính ngắn mạch và tỷ số ngắn mạch K

1.4 Kết luận chương 1

CHƯƠNG 2: MÔ TẢ TOÁN HỌC MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN NHỎ 2.1.Mô tả toán học máy phát đồng bộ xoay chiều ba pha

2.1.1.Các phương trình điện áp viết trong hệ tọa độ 3 pha abc

2.1.2 Các phương trình điện áp viết trong hệ tọa độ 3 pha dq

2.1.3.Mô hình mạch thay thế tương đương

2.2.Mô hình toán máy phát thủy điện nhỏ

a Mô hình toán hệ thống tự động điều chỉnh điện áp máy phát

b Phân tích hệ thống điều chỉnh công suất và điện áp trong máy phát thủy đện

c Mô hình bộ điều tốc hoạt động gián tiếp có van tiết lưu

d Phương trình cân bằng chuyển động hệ thống

e Phương trình tải trạm điện

2.3 Mô hình toán hệ thống tự động điều chỉnh điện áp của máy phát

2.4.Phân tích hệ thống điều chỉnh công suất và điện áp trong mát phát thuỷ điện

2.4.1.Điều chỉnh công suất tác dụng P

2.4.2 Điều chỉnh công suất phản kháng Q

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ 3.1 Mô hình điều khiển phát điện tự động (AGC)

3.2 Xây dựng cấu trúc điều khiển kích từ

3.2.1 Một số hệ điều khiển kích từ kinh điển

a Hệ thống kích từ một chiều:(DC Exciter)

24

26

26

28

28

30

37

39

39

39

39

40

40

41

42

42

46

49

51

53

53

b Hệ thống kích từ xoay chiều (AC Exciter)

c Hệ thống kích từ tĩnh: (Statc Exciter)

3.2.2 Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp tự động AVR

a Thuyết minh sơ đồ khối của bộ AVR

b Thiết kế khối điều khiển chính (Controler)

c Thiết kế khối chuyển đổi và tính toán (Caculate)

d Thiết kế khối giới hạn (Limiter)

e Thiết kế bộ đặt điện áp (Setpoin)

3.3.Xây dựng hệ thống ổn định công suất PSS

3.4 Kết luận chương 3………

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KÍCH TỪ 4.1.Giới thiệu phần mềm mô phỏng

4.1.1 Mục đích của mô phỏng

4.1.2 Các tham số máy phát

4.2.Các thành phần của hệ thống mô phỏng

4.3 Kết quả mô phỏng hệ thống

4.3.1 Mô phỏng máy phát làm việc với phụ tải độc lập………

4.3.2 Mô phỏng khi máy phát hòa vào lưới điện hệ thống

4.3.2.1 Mô hình mô phỏng

4.3.2.2.Đáp ứng của hệ thống khi hoà lưới

4.4 Kết luận chương 4………

Kết luận và kiến nghị

55

56

58

60

61

66

68

73

76

80

81

81

82

83

86

86

91

91

92

103

DANH MỤC CÁC BẢN VẼ

Hình 1.1.Sơ đồ các tuyến của nhà máy thủy điện………

Hình 1.2.Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu lòng sông………

Hình 1.3.Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu đường dẫn………

Hình 1.4.Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu tổng hợp………

Hình 1.5 Sơ đồ nhà máy thủy điện ………

Hình 1.6.Bộ điều tốc turbine thủy lực………

Hình 1.7.Sơ đồ điều khiển nhà máy thủy điện………

Hình 1.8.Sơ đồ điều khiển nhà máy thủy điện………

Hình 1.9.Cấu tạo máy phát điện đồng bộ………

Hình 1.10.Mặt cắt ngang máy điện………

Hình 1.11.Cấu tạo roto máy phát điện đồng bộ ………

Hình 1.12.Nguyên lý quá trình sản xuất điện năng ………

Hình 1.13.Đồ thị suất điện động của máy phát điện cực lồi ………

Hình 1.14.Đồ thị véc tơ sức điện động và độ thay đổi điện áp của máy đồng bộ cực lồi khi bão hòa……… ………

Hình 1-15 Đặc tính không tải máy phát tuabin hơi nước

Hình 1-16 Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ

Hình 1-17 Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ

Hình 1-18 Xác định đặc tính tải thuần cảm từ đặc tính không tải và tam giác điện kháng

Hình 1-19 Đặc tính ngắn mạch của máy phát đồng bộ

Hình 2.1.Sơ đồ bố trí các cuộn dây stato và roto máy điện đồng bộ ……

Hình 2.2.Mô hình dq của máy phát đồng bộ ………

3

4

5

5

6

8

9

11

14

15

16

19

20

22

23

24

25

26

26

28

32

Hình 2.3.Điện cảm trên mô hình dq………

Hình 2.4.Biểu diễn các đại lượng véc tơ của máy phát đồng bộ

Hình 2.5.Mạch điện tương đương của máy phát đồng bộ

Hình 2.6.Sơ đồ chức năng của hệ thống điều chỉnh điện áp

Hình 2.7.Công suất tác dụng và công suất chỉnh bộ của máy phát điện đồng bộ cực lồi

Hình 2.8.Đồ thị véc tơ sức điện động

Hình 2.9.Họ các đặc tính Vcủa máy phát đồng bộ

Hình 3.1.Sơ đồ hệ thống điều khiển máy phát đồng bộ

Hình 3.2.Hệ thống kích từ một chiều( DC Exciter)

Hình 3.3.Hệ thống kích từ xoay chiều (AC Exciter)

Hình 3.4.Hệ thống kích từ tĩnh ( Static Exciter)

Hình 3.5.Sơ đồ khối kích từ AVR

Hình 3.6 Mô hình AVR trong thực tế

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển

Hình3.8: Sơ đồ bộ điều khiển PI

Hình 3.9: Đặc tính xác định tham số PI theo tiêu chuẩn Ziegler nichol 1

Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý khâu LV Gate

Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý khâu HV Gate

Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý khâu Follow up

Hình 3.13: Các giới hạn của máy phát đồng bộ

Hình 3.14:Đặc tính giới hạn tần số điện áp (V/f Limiter)

Hình 3.15: Sơ đồ giới hạn tần số điện áp (V/f Limiter)

Hình 3.16: Sơ đồ khâu giới hạn ổn định PQ

Hình 3.17: Sơ đồ nguyên lý khối điện áp đặt

33

37

38

41

44

46

47

49

53

55

56

58

59

61

63

64

65

65

66

68

71

72

72

74

Hình 3.18: Sơ đồ khâu Follow up AVR

Hình 3.19: Sơ đồ khâu điều chỉnh tự động công suất phản kháng AQR

Hình 3.20: Sơ đồ tự động điều chỉnh điện áp AVR với hệ thống ổn định điện áp PSS tín hiệu nhỏ

Hình 3.21: Hệ thống kích Thyristor với AVR và PSS

Hình 4-1 Mô hình mô phỏng hệ điều chỉnh tuabin- máy phát

Hình 4.2: Mô hình hệ thống điều khiển máy phát

Hình 4.3: Mô hình bộ điều chỉnh kích từ

Hình 4-4: Mô hình mô phỏng máy phát làm việc với phụ tải độc lập

Hình 4.5: Khối điều chỉnh kích từ

Hình 4-6: Đặc tính công suất khi khởi động(pu)

Hình 4-7: Dòng điện stato máy phát (pu)

Hình 4- 8 Điện áp đầu cực máy phát(pu)

Hình 4- 9 Dòng điện kích từ máy phát (pu)

Hình 4- 10 Điện áp kích từ máy phát (pu)

Hình 4-11 Mô hình mô phỏng máy phát hoà lưới điện

Hình 4.12 : Khối điều chỉnh kích từ AVR

Hình 4.13: Hệ thống ổn định điện áp PSS

Hình 4.14 : Hệ thống ổn định điện áp (PSS) với đầu vào P

Hình 4.15: Công suất P,Q(p,u) khi không có PSS

Hình 4.16: Công suất P,Q(p,u) khi có PSS với đầu vào 

Hình 4.17: Công suất P,Q(p,u) khi có PSS với đầu vào P

Hình 4.18: Dòng điện kích từ máy phát ko có PSS

Hình 4.19: Dòng điện kích từ máy phát khi có PSS với đầu vào 

75

76

78

79

83

84

85

86

87

88

89

89

90

90

91

92

93

94

94

94

94

95

95

Hình 4.20: Dòng điện kích từ máy phát khi có PSS với đầu vào P

Hình 4.21: Điện áp kích từ máy phát ko có PSS

Hình 4.22: Điện áp kích từ máy phát có PSS với đầu vào 

Hình 4.23: Điện áp kích từ máy phát có PSS với đầu vào P

Hình 4.24: Góc tải I(p,u) ko có PSS

Hình 4.25: Góc tải I(p,u) có PSS với đầu vào 

Hình 4.26: Góc tải I(p,u) có PSS với đầu vào P

Hình 4.27: Điện áp UPSS không có PSS

Hình 4.28: Điện áp UPSS có PSS với đầu vào 

Hình 4.29: Điện áp UPSS có PSS với đầu vào P

Hình 4.30 : Dòng điện stato máy phát (pu)khi không có PSS

Hình 4.31: Điện áp đầu cực máy phát (pu)khi không có PSS

Hình 4.32: Tốc độ máy phát/tần số (pu)khi không có PSS

Hình 4.33 : Dòng điện stato máy phát (pu)khi có PSS đầu vào

Hình 4.34 : Điện áp đầu cực máy phát (pu)khi có PSS đầu vào

Hình 4.35: Tốc độ máy phát/tần số (pu)khi có PSS đầu vào

Hình 4.36 : Dòng điện stato máy phát (pu) khi có PSS với đầu vào P

Hình 4.36 : Điện áp đầu cực máy phát (pu)khi có PSS với đầu vào P

95

96

96

96

97

97

97

98

98

98

99

99

99

100

100

100

101

101

101

LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đang trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.Điện khí hóa đóng vai trò rất quan trọng cho sự phát triển trong thời kỳ này nó không những đóng vai trò chủ chốt trong công nghiệp, nông nghiệp mà còn rất cần cho sinh hoạt đời sống và văn hóa của con người

Nước ta nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa với chủ yếu là đồi núi và hệ thống sông ngòi được phân bố rộng khắp đất nước nên việc phát triển xây dựng nhà máy thủy điện rất thuận lợi vì có nguồn năng lượng thủy năng rất lớn

Trong nhà máy thủy điện muốn cho máy phát điện phát ra điện năng ổn định

và có chất lượng cao thì cần phải có hệ thống điều khiển kích từ cho máy phát đồng bộ

Trước khi kết thúc khóa học em được giao đề tài luận văn là: “ Nghiên cứu hệ điều khiển kích từ cho máy phát thủy điện nhỏ”

Hệ thống điều khiển kích từ máy phát đồng bộ phải đảm bảo: Điều chỉnh dòng kích từ để duy trì điện áp máy phát làm việc trong điều kiện bình thường và 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, triệt từ trường kích thích để giảm nhanh dòng kích thích về không có ngắn mạch trong nội bộ dây quấn stato trong máy phát

Chương 1 TỔNG QUAN NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN NHỎ 1.1 Tổng quan về nhà máy thuỷ điện

Năng lượng điện hay còn gọi là điện năng, là dạng năng lượng thứ cấp được tạo ra từ nhiều nguồn năng lượng thứ cấp khác nhau như nhiệt năng (dầu,khí đốt, than, năng lượng phóng xạ, năng lượng mặt trời…),thủy năng (sông, suối, sóng biển, thủy chiều…), năng lượng gió Đây là loại năng lượng đóng vai trò quan trọng và được sử dụng trên khắp thế giới trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống ngày nay như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông, sinh hoạt … Thuỷ năng là một dạng năng lượng tái tạo được Đây là đặc tính ưu việt nhất của nguồn năng lượng này, các nguồn năng lượng khác như : Nguyên tử, than, dầu … không thể tái tạo được Trong quá trình biến đổi năng lượng, chỉ

có thuỷ năng sau khi biến đổi thành cơ năng và nhiệt năng lại được tái tạo thành dạng thủy năng, còn các dạng năng lượng khác trong quá trình biến đổi không tự tái tạo trong tự nhiên Con người sử dụng nguồn thuỷ năng để phục

vụ cho đời sống và sản xuất, đặc biệt là để phát điện

Các nhà máy thuỷ điện nhỏ [6] đang được phát triển nhiều ở khu vực vùng sâu vùng xa có điều kiện tự nhiên về nguồn thuỷ năng Sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ thông tin trong những năm gần đây đã làm tăng số lượng các bộ biến đổi tĩnh sử dụng các thiết bị điện tử, đa số các thiết bị áp dụng kỹ thuật tin học sử dụng vào quá trình hoạt động đặc biệt trong các thiết

bị tự động điều khiển, điều chỉnh, tự động kiểm tra, các quá trình tạo và biến đổi năng lượng điện, tất cả các thiết bị đó đều có chung một đòi hỏi về chất lượng nguồn điện cấp từ trạm phát

a Tình hình phát triển thuỷ điện

Trong nhiều nước trên thế giới thuỷ điện chiếm tỉ lệ tương đối lớn 25% Giá thành sản suất điện năng bằng thuỷ năng rất rẻ so với nhiệt điện do sử

dụng nguồn năng lượng tái sinh ít ảnh hưởng xấu đến môi trường Chính vì vậy ngành thuỷ điện trên thế giới rất phát triển cả về số lượng lẫn chất lượng Công suất lớn nhất của một tổ máy thuỷ điện là 750W, hiệu suất tổ máy là 92% - 96% Công trình có công suất lớn nhất trên thế giới hiện nay là công trình Tam Hiệp(Trung Quốc) N=18200MW.Các nước Mỹ,Nga,Pháp, Canada, Nhật Bản, Trung Quốc là nhhững nước có trữ lượng thuỷ điện lớn và có nền thuỷ điện phát trển

Việt nam có 124 hệ thống song với 2860 con sông có chiều dài lớn hơn 10km với trữ lượng thuỷ năng trên lý thuyết là 271.3 tỷ KWh/năm và trữ năng

kỹ thuật khoảng 90 tỷ KWh/năm

Hiện nay chúng ta chỉ khai thác 20% trữ lượng dồi dào này Hiện nay có các nhà máy thuỷ điện Thác Bà công suất 108 MW, Hoà Bình 1920MW, Yaly

720 MW, Trị An 400MW, Thác Mơ 150 MW, ĐaMi 175MW, Hàm Thuận 300MW, Vĩnh Sơn 66MW, Sông Hinh 70 MW Nước ta hiện nay thuỷ điện chiếm 60% công suất của hệ thống điện Việt nam, vào những đầu thập niên

21 khi nhu cầu phát triển kinh tế tăng cao đòi hỏi nhiều nguồn năng lượng điện thì thuỷ điện là nguồn năng lượng rẻ tiền nhất cần phải khai thác triệt để nhất khi nguồn than nước ta không nhiều mà chi phí sản suất nhiệt điện lại lớn hơn nhiều so với thuỷ điện Không những công trình thuỷ điện đóng vai trò quan trọng trong công việc cung cấp năng lượng mà còn là công trình thuỷ lợi tổng hợp và tránh thiên tai Lợi ích trong phòng chống lũ ở các công trình thuỷ điện trên các hệ thống sông như sông Đà là vô cùng lớn Sông Đà cho sản lượng khoảng 31 tỷ KWh và đảm bảo an toàn cho Hà Nội và cho các vùng đồng bằng Bắc bộ Ước tính khi mức lũ ở Hà nội vượt quá 13,3 m nếu dùng biện pháp phân lũ và cấp nước cho hạ du sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao và là mục tiêu quan trọng để xây dựng đất nước

b Sơ đồ nhà máy thủy điện

Nhà máy thủy điện là một tổ hợp phức tạp, sử dụng năng lượng của sông suối, để sản xuất điện năng bao gồm 3 tuyến:

Hình 1.1.Sơ đồ các tuyến của nhà máy thủy điện

- Tuyến áp lực (tuyến đầu mối)

- Tuyến năng lượng

- Tuyến hạ lưu

c Phân loại nhà máy thuỷ điện

Tuỳ thuộc vị trí địa lý mà nhà máy thuỷ điện được phân thành 3 loại cơ bản:

* Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông ( hay sau đập)

Nhµ m¸y : + ThiÕt bÞ c¬ khÝ :

ChÝnh : Turbine cho tõng tæ m¸y Phô : (c¸c thiÕt bÞ kh¸c)

+ ThiÕt bÞ ®iÖn kü thuËt

Tæ m¸y Turbine

+ Turbine, c¸nh h-íng … + Bé ®iÒu tèc

M¸y ph¸t

+ M¸y ph¸t + HÖ thèng kÝch tõ

Hạ lưu

1 Kªnh x¶

2 C¸c cöa van h¹ l-u

Hình 1-2 Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu lòng sông:

1- Hệ thống cửa nhận nước; 2- Đập dâng; 3- Nhà bao che; 4- Hệ thống máy phát; 5- Hệ thống tua bin; MNDBT: mực nước dâng bình thường; MNHL: Mực nước hạ

lưu.

* Nhà máy thủy điện đường dẫn

Nước được ngăn bởi một đập thấp rồi chảy theo đường dẫn (Kênh, máng, tuy – nen, ống dẫn) đến nhà máy thủy điện

Để tập trung năng lượng người ta dùng đập cột áp H là độ chênh mực nước trước và sau đập (tương ứng thượng lưu và hạ lưu) Đập có hồ chứa nước lớn

để điều tiết lưu lượng dòng sông

Nhà máy thường đặt sau đập đối với cột nước lớn, hoặc là một bộ phận của đập đối với cột nước nhỏ Các trạm thuỷ điện với phương pháp tập trung năng lượng bằng đập gọi là nhà máy kiểu lòng sông hay sau đập Nó áp dụng cho các con sông ở đồng bằng, trung du nơi có độ dốc lòng sông nhỏ, lưu lượng sông lớn Trong thực tế, chiều cao của đập bị hạn chế bởi kỹ thuật đắp đập và diện tích bị ngập Cột áp ở các trạm thủy điện này không lớn, thông thường không lớn hơn 30 – 40m

Cột áp cơ bản là do đường dẫn tạo nên, còn đập chỉ để ngăn nước lại để đưa vào đường dẫn Đường dẫn có độ dốc nhỏ hơn độ dốc lòng sông Kiểu

trạm này thường dùng ở các sông suối có độ dốc lòng sông lớn và lưu lượng nhỏ

Hình 1-3 Sơ đồ Nhà máy thủy điện kiểu đường dẫn:

1- Đập dâng+ của nhận nước; 2- Bể lắng cát; 3- Kênh dẫn (hoặc có cả đường hầm); 4 - Bể điều áp; 5- Đường ống áp lực; 6- Nhà bao che; 7- Tuarbine- máy phát

* Nhà máy thủy điện tổng hợp

Hình 1-4 Sơ đồ nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hợp

Năng lượng nước được tập trung là nhờ đập và cả đường dẫn Cột áp của trạm gồm 2 phần: một phần do đập tạo nên, phần còn lại do đường dẫn tạo nên

Nhà máy kiểu này được dùng cho các đoạn sông mà ở trên sông có độ dốc nhỏ thì xây đập ngăn nước và hồ chứa, còn ở phía dưới có độ dốc lớn thì xây dựng đường dẫn

d Nguyên lý phát điện của nhà máy thủy điện

Cho dù nhà máy thủy điện kiểu đường dẫn, lòng sông hay tổng hợp thì cũng đều có chung một nguyên lý phát điện như sau: Nước từ hồ chứa thượng lưu được dẫn vào hệ thống đường ống áp lực và buồng xoắn, tại đây nước được gia tốc tới vận tốc rất lớn Qua hệ thống cánh hướng, nước được dẫn vào turbine thuỷ lực làm quay turbine, đồng thời làm quay máy phát điện (thông thường trục của turbine được nối thẳng với trục máy phát) Từ đầu cực máy phát, dòng điện được tăng áp qua máy biến áp lực và dẫn lên trạm phân phối cung cấp cho các hộ tiêu thụ của một vùng độc lập, hoặc đồng thời hoà vào lưới điện quốc gia, xem hình 1-5

Hình 1-5 Sơ đồ nhà máy thủy điện

Trong nhà máy thủy điện, các thiết bị được bố trí tùy theo từng đặc điểm của nhà máy, tùy theo kiểu turbine trục đứng hay trục ngang

Thiết bị của trạm thuỷ điện có thể được chia ra các loại: thiết bị động lực (gồm turbine và máy phát điện), thiết bị cơ khí, thiết bị phụ, thiết bị điện Trong nhà máy thủy điện thì Turbine thuỷ lực là một bộ phận cơ khí quan trọng nhất, bằng sự thay đổi tốc độ, nó quyết định công suất phát của tổ máy Turbine thuỷ lực bao gồm 2 phần chính (loại turbine Kaplan trục đứng): Roto turbine (gồm bánh xe công tác-BXCT được nối với trục turbine thông qua khớp nối truyền động momen xoắn, trục, ổ hướng và ổ chèn trục) và Stato turbine (gồm vành đáy turbine để đỡ trục dưới cánh hướng, các vành làm kín, vành stato turbine, bộ cánh hướng dòng) và bộ ống xả, buồng xoắn

Tuỳ theo mực nước thượng lưu hoặc hồ chứa và khi tải trên lưới điện thay đổi đòi hỏi lượng điện phát ra của nhà máy phải thay đổi phù hợp Do vậy, phải điều chỉnh đồng bộ giữa độ mở hệ thống cánh hướng nước nhằm điều chỉnh lưu lượng nước vào turbine và điều chỉnh góc nghiêng của BXCT, tạo cho turbine tốc độ ổn định

Để điều chỉnh độ mở cánh hướng người ta sử dụng các servomotor (thông thường 2 servomotor) và hệ thống xilanh thuỷ lực.Truyền động của servomotor sẽ qua hệ thống xilanh gắn với vòng điều chỉnh, giữa cánh hướng

và vòng điều chỉnh có các khớp truyền động Với sự phát triển vượt bậc của

kỹ thuật số, bộ điều tốc turbine được tự động hoá hoàn toàn có khả năng thu thập các thông số quá trình một cách liên tục, tự động điều chỉnh ổn định quá trình vận hành Mối liên hệ giữa turbine và máy phát được thể hiện trong hình 1-6

e.Tự động hóa trong nhà máy thủy điện

Hình 1-7 Sơ đồ điều khiển của nhà máy thuỷ điện

Cấu trúc toàn bộ hệ thống có các bộ điều khiển vận hành trực tiếp trên các

bộ phận riêng rẽ Trong mỗi tổ máy phát gồm các bộ phận điều khiển động lực đầu tiên và các bộ điều khiển kích từ Phần động lực đầu tiên bao gồm turbine và hệ thống thủy lực, do vậy các bộ điều khiển động lực đầu tiên liên quan tới việc điều chỉnh tốc độ và điều khiển các biến số của hệ thống cung cấp năng lượng Chức năng của điều khiển kích từ là điều chỉnh điện áp máy phát và công suất phản kháng Công suất phát mong muốn của các tổ máy phát đơn lẻ được xác định bởi các quá trình điều khiển phát điện của hệ thống

1.2 Điều tốc turbine thuỷ điện nhỏ

Điều tốc (tuabin) là thiết bị dùng để truyền năng lượng và dòng chảy thành

cơ năng để kéo máy phát điện hoặc các thiết bị khác

Nhiệm vụ của bộ điều tốc trong trạm thuỷ điện:

+ Giữ cho số vòng quay của tổ máy không đổi trong phạm vi thay đổi phụ tải của máy phát

+ Phân bố phụ tải các tổ máy làm việc song song

+ Thực hiện quá trình mở và tắt máy trong điều kiện bình thường và điều kiện

có sự cố

a Cấu tạo chung của thiết bị điều tốc

Mỗi nhà máy thuỷ điện đều được trang bị một hệ thống tự động ổn định tần

số và tự động điều chỉnh điện áp Với tuabin thuỷ lực thì sự nhạy cảm với vấn

đề quá tốc (lồng tốc) là rất nghiêm trọng nên luôn được thiết kế khả năng tự bảo vệ quá tốc với ít nhất hai phương thức: bằng cơ học và bằng hệ thống tự động bảo vệ nằm trong hệ thống tự động kiểm tra khống chế bởi các thiết bị điện [13]

Việc giữ ổn định tần số lưới điện đảm bảo yêu cầu đã được nhiều tác giả nghiên cứu và giải quyết thực tế.Các công trình này khi nghiên cứu nhằm đảm bảo tính ổn định tần số đều thực hiện các phương pháp điều khiển kinh điển: Điều chỉnh theo nhiễu loạn dòng tải (I,cosφ) Điều chỉnh theo độ lệch (U) và nguyên lý kết hợp Trong đó nguyên lý kết hợp được áp dụng rộng rãi nhất vì

nó có nhiều ưu điểm hơn

Hình 1-8 Sơ đồ điều khiển nhà máy thuỷ điện

Máy điều chỉnh tốc độ quay turbine có nhiệm vụ tự động thay đổi mô men

quay của turbine bằng cách điều tiết lượng nước vào tuabin Để điều tiết năng

lượng nước vào turbine người ta dùng hệ thống cánh hướng nước Trong hệ

thống điều tốc của nhà máy, các máy điều tốc sơ cấp của turbine ngoài nhiệm

vụ điều chỉnh tần số (tốc độ quay) của turbine mà còn tham gia vào quá trình

phân bổ công suất tác dụng giữa các tổ máy trong hệ thống điện Máy điều

chỉnh tốc độ trong nhà máy được chế tạo theo nguyên lý điều chỉnh gián tiếp

thông qua khâu khuyếch đại thủy lực có cấu tạo đa dạng và phức tạp,gồm

những phần tử chính sau :

* Phần tử đo lường: Bộ phận để phát hiện độ lệch tần số quay của tổ máy khỏi

giá trị đặt, độ lệch tần số của điện áp máy phát điện, gia tốc tuabin hay thông

số điều chỉnh khác

* Phần tử khuyếch đại: Thường là bộ khuyếch đại từ hay khuếch đại thủy lực

* Cơ cấu thừa hành thủy lực (gọi là secvomoto) : Làm nhiệm vụ tác động trực

tiếp vào bộ phận điều tiết để thay đổi năng lượng vào tuabin

* Phần tử điều chỉnh: Thực hiện chức năng phản hồi cứng hoặc mềm theo vị

trí của cơ cấu thừa hành thủy lực 3

* Phần tử đặt (chỉnh định): Cơ cấu đặt và hiệu chỉnh tốc độ quay

Ngoài ra còn có các thiết bị phụ khác như cơ cấu hạn chế độ mở của cánh hướng nước, cơ cấu giới hạn cột nước …

Hệ thống điều tốc tự động của turbine là tổng hợp các cơ cấu thiết bị có nhiệm vụ cảm ứng sự thay đổi tốc độ quay của máy và thay đổi vị trí tương ứng của các cơ cấu điều chỉnh

b Các chức năng của điều tốc

- Điều khiển tổ máy phát điện vận hành trong các trường hợp:dừng chờ máy, chạy không tải, phát điện phụ tải và tiến hành chuyển đổi giữa các trạng thái trên

- Tổ máy tự động thực hiện:mở máy,dừng máy và điều tiết khống chế phụ tải

- Trước khi hòa mạng (chạy không tải): Điều khiển tổ máy dựa trên tần số hệ thống đánh dấu hoặc theo tần số đánh dấu đã cấp

- Sau khi hòa mạng (có phụ tải): Điều khiển và khống chế tổ máy vận hành theo công suất chuẩn và chạy theo tốc độ chuẩn đồng thời điều khiển tổ máy

tự động điều tiết công suất

- Đặt tham số điều khiển dựa trên các trạng thái khác nhau của tổ máy

- Kết nối tín hiệu với LCU tổ máy hoặc máy trên,điều tiết theo số thực tế đã đặt

- Hiển thị các tham số đường dây: tần số lưới điện, tần số máy, công suất có tải, tốc độ, cột nước v.v

- Hiển thị các thông tin đường dây:Các trạng thái vận hành và thông tin sự cố

- Chuyển đổi vận hành giữa thao tác bằng tay/tự động mà không gây nhiễu

- Có chức năng kiểm tra sự cố và báo lỗi: Bộ điều tốc có các chức năng kiểm tra, phân biệt và báo lỗi các trường hợp sau:

+ Kiểm tra sư cố tần số (tần số máy, tần số lưới điện)

+ Sự cố đứt dây phản hồi

+ Sự cố nguồn

c Điều chỉnh mô men trên trục tua bin

Điều chỉnh mô men trên trục tua bin Mt sao cho luôn cân bằng với mô men cản của phụ tải Mc (Mt=Mc) Theo hướng này, ta có các loại điều tốc điều chỉnh lưu lượng vẫn thường dùng trong các trạm thuỷ điện

Muốn giữ cho vòng quay tổ máy n không đổi tức là giữ cho tốc độ góc

là hằng số (=const) thì cần duy trì sự cân bằng giữa mô men quay và mô men cản Mô men cản phụ thuộc vào phụ tải máy phát điện Nmp còn mô men quay của turbine Mt quyết định bởi công suất của turbine Nt, giữa chúng có quan hệ sau:

t t

Nt - Công suất thuỷ lực do dòng nước sinh ra trên trục tua bin (kW) ;

Q - Lưu lượng của tổ máy (m3/s);

H - Cột nước làm việc của tua bin (m);

 - Trọng lượng riêng của nước (kG/m3);

 - Hiệu suất của turbine;

Từ những thành phần năng lượng trên ta có những loại turbine thuỷ lực sau:

- Turbine xung kích đuợc chia ra các hệ sau:

+ Hệ turbine xung kích gáo (turbine Penton);

+ Hệ turbine xung kích kiểu phun xiên;

+ Hệ turbine xung kích hai lần (turbine Banki)

- Turbine phản kích được chia ra các hệ sau:

+ Hệ turbine xuyên tâm hướng trục (gọi tắt là turbine tâm trục, hay Franxis); + Hệ turbine hướng trục (gồm turbine cánh quạt và turbine cánh quay);

+ Hệ turbine hướng chéo;

+ Hệ turbine dòng (gồm turbine dòng nửa thẳng và turbine dòng thẳng);

+ Hệ turbine thuận nghịch (làm việc theo hai chế độ: máy bơm và turbine)

1.3 Máy phát điện

Máy điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Phạm vi sử dụng chính là biến đổi cơ năng thành điện năng, nghĩa là làm máy phát điện, điện năng ba pha được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân và trong đời sống sản suất từ các máy phát điện quay bằng Turbine hơi, Turbine khí hoặc Turbine nước

Máy điện đồng bộ còn được dùng làm động cơ, đặc biệt trong các thiết bị lớn vì khác với các động cơ không đồng bộ, chúng có khả năng phát ra công suất phản kháng

Thông thường các máy điện đồng bộ được tính toán sao cho chúng có khả năng phát ra công suất phản kháng bằng công suất tác dụng

1.3.1.Kết cấu của máy đồng bộ cực lồi

Máy đồng bộ cực lồi [22] thường có tốc độ thấp, đường kính roto D có thể lớn tới 15m, trong khi chiều dài l lại nhỏ, với tỷ lệ l/D = 0,15 – 0,2

Máy phát điện đồng bộ đồng bộ gồm 2 bộ phận chính là Stato và Roto

Hình 1-9 Cấu tạo của máy phát điện đồng bộ

Hình 1-10 Mặt cắt ngang máy điện

Armature winding : Dây quấn phần ứng; Stator : Mạch từ Stator

Slip ring & brushes : Vành góp và chổi than

b Rotor

Hình 1-11 Cấu tạo Rotor máy phát điện đồng bộ; a Cực lồi b Cực ẩn

Rôto máy phát điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ Có thể phân Rotor thành 2 loại chính : Rôto cực ẩn và Rôto cực lồi

- Rotor cực ẩn (Salient pole rotor)

Rôto cực ẩn làm bằng lõi thép hợp kim chất lượng cao, được rèn thành khối hình trụ sau đó gia công phay rãnh để đặt dây quấn kích từ Dây quấn kích từ đặt trong rãnh Rotor bao gồm các bối dây đồng và được cố định bằng các nêm thép không từ tính Hai đầu dây quấn kích từ đi luồn trong trục của Rôto nối với 2 vòng trượt ở đầu trục, thông qua hai chổi than để nối với nguồn kích từ Với loại Rotor này thường có số cực 2p = 2, tốc độ quay Rotor lớn đường kính Rotor nhỏ nhưng chiều dài lớn và thường dùng cho các máy phát công suất lớn

- Rotor cực lồi (Round pole rotor )

Rotor máy điện đồng bộ cực lồi công suất nhỏ và trung bình có lõi thép được chế tạo bằng thép đúc và gia coong thành khối lăng trụ hoặc hình trụ trên mặt có đặt các cực từ được ghép từ các lá thép dày 1-1.5mm Dây quấn kích từ là các cuộn dây đồng được lồng vào thân cực Với loại Rotor này thường có số cực 2p  4 tốc độ quay Rotor chậm, đường kính Rotor lớn và chiều dài ngắn và thường dùng cho các máy phát công suất nhỏ và trung bình

1.3.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ

Chúng ta biết rằng máy phát làm nhiệm vụ biến cơ năng thành điện năng theo sơ đồ nguyên lý hình 1- 12 sau đây:

Hình 1-12 Nguyên lý quá trình sản xuất điện năng

Trong đó các năng lượng cơ dạng sơ cấp (như thế năng của nước ở các hồ đập, nhiệt năng của các loại nhiên liệu như than, dầu, khí đốt, năng lượng hạt nhân hay sức gió, thủy triều…) qua một số khâu trung gian được đưa vào turbine nối với Rotor của máy phát Khi Rotor được quay bằng các năng lượng sơ cấp trên và cho dòng kích từ vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường Rotor Từ trường của Rotor sẽ cắt qua dây quấn phần ứng Stato và cảm ứng một sức điện động xoay chiều hình sin có trị số hiệu dụng:

E0=Ke.Φ.f (1.2)

Ke=4,44 W1.Kdq (1.3) Trong đó:

Nếu tốc độ của Rôtor tính được bằng phút thì: *

quay, với tốc độ là: n1  60 * f

p (1.4) đúng bằng tốc độ quay (n) của Rotor

Do đó, kiểu máy điện này được gọi là máy điện đồng bộ xoay chiều Từ công thức (1.2) ta thấy để thay đổi suất điện động E0 ta có thể có hai cách thay đổi

tần số f (hay thay đổi tốc độ quay của Rotor) hoặc thay đổi từ thông Φ (hay thay đổi dòng điện kích từ If) Nhưng khi điều chỉnh tốc độ quay của Rotor lại ảnh hưởng đến tần số của nguồn điện dẫn đến ảnh hưởng đến chất lượng của nguồn điện Chính vì vậy cách này trong thực tế rất ít dùng mà trong thực tế

sử dụng phương pháp thay đổi từ thông của máy phát bằng cách thay đổi dòng điện kích từ của máy phát để thay đổi suất điện động E0 hay điện áp ra trên đầu cực của máy phát

1.3.3 Phương trình điện áp và đồ thị véc tơ của máy phát điện đồng bộ

Đối với máy phát điện đồng bộ tốc độ quay n = const được thể hiện rõ ràng thông qua các quan hệ giữa các đại lượng U, I, It, cosφ trong đó một số quan

hệ chính xác được suy ra từ phương trình cân bằng điện áp tổng quát của một pha có dạng:

-Trong đó : - U

: điện áp ở đầu cực máy

- rư và xбư là điện trở và điện kháng tản từ của dây quấn phần ứng

- E : sức điện động cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe hở

Từ trường khe hở lúc có tải là do từ trường cực từ

- Trường hợp máy phát đồng bộ có mạch từ không bão hoà

Giả sử máy phát điện đồng bộ làm việc với tải đối xứng có tính cảm 0

<Ψ<900

Trong máy điện cực lồi thì phân sức từ động phần ứng Fu

 thành hai

thành phần dọc trục

udF

Hình 1.13 Đồ thị suất điện động của máy phát điện cực lồi ở tải có

tính cảm a và tải có tính dung b

Vectơ -jxбư trong phương trình (1-13) do từ thông tản sinh ra và không phụ thuộc vào từ dẫn của khe hở theo các hướng dọc trục và ngang trục Nếu phân tích thành các thành phần theo hai hướng đó thì có:

( xưq + xбư) - I

Trong đó: xd = xưd + xбư là điện kháng đồng bộ dọc trục

Xq = xưq + xư là điện kháng đồng bộ ngang trục

- Đồ thị véctơ điện áp của máy điện đồng bộ khi xét đến bão hoà

Đối với máy phát đồng bộ cực lồi, việc thành lập đồ thị véctơ có xét đến trạng thái bão hoà của mạch từ một cách chính xác gặp rất nhiều khó khăn vì lúc đó từ thông dọc trục d và ngang trục q có liên quan với nhau và đường trạng thái bão hoà theo hai phương đó là khác nhau

Vậy xưd không những không phục thuộc vào d mà còn phụ thuộc vào q và tương tự xưq cũng phụ thuộc theo cả d và q Để đơn giản thì cho rằng từ thông dọc trục và ngang trục chỉ ảnh hưởng đến trạng thái bão hoà của hướng trục đó thôi và giả thử rằng mức độ bão hoà hướng ngang trục đã biết

Hình 1.14 Đồ thị véctơ sức từ động (a) và độ thay đổi điện áp (b) của

máy đồng bộ cực lồi khi bão hoà

Sau khi vẽ các véctơ U, Irư, jIxбư và có được Eб (hình 1.14a) theo hướng Ixбư

vẽ đoạn.Và xác định được phương của E0 trị số Xưq = 0,3 – 0,9 Nếu Kq

chưa cho trước thì có thể lấy gần đúng bằng 1,1 – 1,15 nếu không tính xưq thì

CD cũng có thể xác định được trị số AB của đường cong không tải ứng với sức từ động ngang trục của phần ứng đã qui đổi về sức từ động của cực từ Fưq

= KưqFư = OA vì có thể xem tỷ lệ Fưq (hình 1.14b).Điểm D nằm trên phương của đoạn CF thẳng góc với phương của Ėo chính là IqXưq

Sức từ động của cực từ theo hướng dọc trục gồm hai thành phần: Một phần sinh ra sức điện động có trị số bằng OM Một phần khắc phục phản ứng dọc trục MN = OM+MN là suất điện động E0 = NQ lúc không tải của máy từ đồ thị hình 1.14b cũng thấy Eưd = NQ – RN, lấy đoạn OG=E0 trên phương E0

trên hình 1.14a thì GF=Eưd và đồ thị vectơ được thành lập

Sức từ động của cực từ theo hướng dọc trục gồm 2 thành phần: Một phần sinh ra suất điện động Eδd = OF=MP có trị số bằng OM Một phần khắc phục phản ứng dọc trục MN=OM+MN là suất điện động E0 = NQ lúc không tải của máy từ đồ thị hình 1.14b cũng thấy Eưd = NQ - RN, lấy đoạn OG=E0 trên phương E0 trên hình 1.14a thì GF=Eưd và đồ thị vecto được thành lập

1.3.4 Các đặc tính điều chỉnh của máy điện đồng bộ

Khi vận hành bình thường máy phát điện đồng bộ cung cấp cho tải đối xứng Chế độ này phụ thuộc vào hộ tiêu thụ điện năng nối với máy phát Công suất cung cấp cho tải không vượt quá giá trị định mức mà chỉ cho phép nhỏ hơn hoặc bằng công suất định mức Mặt khác ở chế độ này thông qua các đại lượng như điện áp, dòng điện đầu cực máy phát, dòng kích từ, hệ số công suất cosφ , tần số f và tốc độ quay n ta có thể xây dựng nên các đặc tính làm việc Để phân tích đặc tính làm việc của máy phát điện đồng bộ ta dựa vào 3 đại lượng chủ yếu là U, I, If để thành lập các đường đặc tính

a Đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ

Đặc tính không tải là quan hệ E0 = U0 = F(it), khi I = 0 và f = fdm

Dạng đặc tính không tải có thể biểu thị theo đơn vị tương đối

i i và U

E

.

Trong đó itdmo là dòng điện không tải khi U = Udm

Mạch từ của máy phát đện tuabin hơi bão hòa hơn mạch từ của tuabin nước Khi E0 = Udm = E* = 1, đối với máy phát điện tuabin hơi kµd = kµ= 1,2 còn máy phát điện tuabin nước kµd = 1,06

và I ứng với các trị số khác nhau của tải

Trong mỗi trường hợp phải điều chỉnh dòng điện kích thích sao cho khi I =

Idm có U = Udm, sau đó giữ không đổi khi thay đổi tải Dòng điện it ứng với U

= Udm; I = Idm; cos φ = cos φdm, f= fdm được gọi là dòng điện từ hóa định mức

Hình 1-16 Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ

Từ hình 1-16 cho thấy các đặc tính ngoài phụ thuộc vào tính chất của tải Tải có tính cảm I tăng, phản ứng khử từ của phản ứng tăng, điện áp giảm và đường từ biểu diễn đi xuống Nếu tải có tính dưng khi I tăng, phản ứng phần ứng là trợ từ, điện áp tăng và đường biểu diễn đi lên

Độ thay đổi điện áp định mức ΔUdm của máy phát điện đồng bộ theo quy định nghĩa là sự thay đổi điện áp khi tải thay đổi từ địn mức với cos φ = cos

φdm đến không tải, trong điều kiện không thay đổi dòng điện kích thích, Trị số

Δ Udm thường biểu thị theo phần trăm của điện áp định mức

100

dm

dm dm

U

U E

Đặc tính điều chỉnh là quan hệ it = f(I) khi U = const; cos φ = const; f = fdm

Đặc tính này cho biết hướng điều chỉnh dòng diện it của máy phát điện đồng

bộ giữ cho điện áp U ở đầu máy không đổi Khi lấy đặc tính điều chỉnh phải thay đổi tải và đồng thời thay đổi it để có cos φ = const và U = const

Hình 1-17 Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ

Dạng đặc tính ở các trị số cos φ khác nhau như trên hình 1-17 cho thấy ở tải cảm khi I tăng, tác dụng khử từ của phản ứng cũng tăng làm cho U bị giảm

Để giữ cho U không đổi phải tăng dòng đện từ hóa it ở tải dung khi I tăng, muốn giữa cho U không đổi phải giảm it Thông thường cos φ = 0,8 (thuần cảm) nên từ thông không tải it khoảng 1,7 – 2,2 lần

d Đặc tính tải

Đặc tính tải [22] là quan hệ giữa U = f(it) khi I = const; f = fdm; cos φ = const Với các trị số khác nhau của I và cos φ sẽ có các đặc tính tải khác nhau, trong đó có ý nghĩa nhất là đặc tính tải thần cảm ứng với cosφ = 0 (φ = π/200)

và I = Idm

Để đặc tính đó phải điều chỉnh rt và Z (cuộn cảm) sao cho I = Idm. Dạng của đặc tính thuần cảm như đường 3 trên hình 1-18 Đặc tính tải thuần cảm có thể suy ra được từ đặc tính không tải và tam giác điện kháng