đề cương ôn tập môn điện tàu thủy

Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu hãng Still – Tây Đức... Từ đặc tính ngoài tathấy hai máy phát được phân bố tải vô công đi

- Thay đổi nhiệt độ trong một phạm vi rộng có thể từ - 40oC đến + 50oC

- Làm việc trong điều kiện thay đổi độ ẩm lớn từ 40% đến 98%

- Môi trường chịu sự tác động của dầu mỡ, nước biển và các chất hóa học khác

- Hoạt động trong điều kiện rung lắc, dao động do sóng, gió, dòng chảy và sự dao động do máy chính,máy phụ hoạt động gây nên

- Điều kiện về giới hạn không gian tập trung thiết bị trong diện tích hẹp

Câu 2 Các yêu cầu về kỹ thuật đối với các trang thiết bị trên tàu thủy (20 đ)

+ Các trang thiết bị điện dùng trên tàu phải có cấp cách điện cao (từ cấp F trở lên), có khả năng chống ẩmtốt, có khả năng chống lại sự tác động của dầu mỡ, nước biển và các chất hóa học khác

+ Chúng cần phải có các bảo vệ chống va chạm cơ học, chống nước, chống nổ

+ Trong khi làm việc ít gây tiếng ồn, nhiễu cho các thiết bị khác như: Ra đa, la bàn và các thiết bị vôtuyến điện hàng hải khác

+ Các trang thiết bị điện phải hoạt động tin cậy, chắc chắn trong mọi điều kiện thời tiết và trạng thái mặtbiển

+ Dễ dàng, thuận tiện trong vận hành, khai thác, bảo dưỡng và sửa chữa

Câu 3 Các yêu cầu về kinh tế đối với trang thiết bị trên táu thủy

+ Có trọng lượng, kích thước nhỏ, giá thành hạ

+ Có khả năng lắp lẫn và dễ thay thế khi cần thiết

+ Khai thác kinh tế và có hiệu quả nhất

Câu 4 Phân loại dựa trên cơ sở nhiệm vụ trạm phát điện trên tàu thuỷ (20 đ)

+ Trạm phát điện cung cấp năng lượng cho toàn bộ mạng điện (dùng các tổ hợp D/G hay máy phát đồngtrục)

+ Trạm phát điện cung cấp năng lượng điện để quay chân vịt chạy tàu (Các tàu chuyên dùng có thể có cáctổ máy phát cấp điện riêng cho hệ động lực đẩy tàu)

+ Trạm phát điện sự cố cung cấp nguồn điện cho một số phụ tải sự cố Trạm này chỉ hoạt động khi trạmphát chính bị sự cố, nó thường đặt trên mớn nước của tàu

Câu 5 Phân loại dựa theo hệ truyền động trạm phát điện trên tàu thuỷ (20 đ)

+ Trạm phát điện truyền động bằng động cơ đốt trong: Dùng động cơ đốt trong (diesel) lai máy phát điện.Số lượng các tổ hợp diesel – máy phát thường từ 2 đến 6 cái Công suất, chủng loại các tổ hợp này có thểgiống nhau hay khác nhau Phổ biến nhất hiện nay là các trạm có số lượng máy phát ít, các tổ hợp D/Ggiống nhau, cùng công suất để nâng cao độ tin cậy, có khả năng thay thế lẫn nhau và dễ dàng công tác vớinhau người ta thường thiết kế có cùng chủng loại

+ Trạm phát điện truyền động hỗn hợp: Thường kết hợp truyền động bằng động cơ đốt trong và bằng tuốcbin tốc độ thấp Tuốc bin được cấp từ nồi hơi đốt bằng dầu Trên các tàu hàng khách và tàu chở dầu lớnthường có trạm phát được truyền động theo hình thức này Ví dụ tàu Beskidy trọng tải 13716T có 2 tố hợp

x 440KVA dùng truyền động bằng diesel và 2 tố hợp x 125KVA dùng truyền động bằng tuabin hơi

7

+ Trạm phát điện có máy phát điện đồng trục: Thường kết hợp truyền động bằng động cơ diesel – máyphát (D-G) và bằng động cơ diesel chính lai đồng trục với máy phát địên (máy phát điện đồng trục: Shaft-Generator)

+ Trạm phát điện trên tàu cứu hộ, nạo vét, công trình

Loại trạm phát điện trên các tàu này tuỳ vào từng chủng loại có thể dùng hệ truyền động lai máy phátdùng chung với các thiết bị bơm thuỷ lực (tàu hút, xén, thổi nạo vét), Hay các tàu khoan, thăm dò dùng hệtruyền động là diesel chính hay diesel lai máy phát nhưng do công suất động cơ phụ tải lớn và cần điềuchỉnh tốc độ nên chúng thường biến đổi sang nguồn điện 1 chiều …

Tóm lại tuy có nhiều cơ sở phân loại khác nhau nhưng trong thực tế, để thuận tiện cho việc khai thác vàsửa chữa đồng bộ thì loại động lực nào truyền động cho chân vịt cũng chính là loại động lực đó truyềnđộng cho máy phát

Câu 6 Trình bày khái niệm chung về máy phát điện trên tàu thủy (20 đ)

Trạm phát điện trên tàu thuỷ hiện nay là các trạm phát điên xoay chiều do đó các máy phát điện là máyphát điện xoay chiều 3 pha Máy phát điện xoay chiều gồm các máy phát điện đồng bộ, dị bộ Tuy nhiênchỉ có máy phát điện xoay chiều đồng bộ là thông dụng nhất

Máy phát đồng bộ là loại máy mà phần cảm (phần kích từ) được cấp dòng một chiều Còn phầnứng là phần lấy điện ra có tần số đồng bộ với tốc độ quay của từ trường kích từ (tức là đồng bộ với tốc độquay của động cơ sơ cấp lai máy phát)

Máy phát đồng bộ có loại 3 pha hoặc một pha Điện áp của máy phát từ 6V đến 20KV Vai tròphần ứng và phần cảm có thể thay đổi nằm ở phần quay (rô to) hay phần tĩnh (Stato) Công suất mạchkích từ nhỏ, thường không vượt quá 30% công suất định mức máy của máy phát Điện áp mạch kích từkhoảng từ 10V - 300VDC

Câu 7 Cấu tạo của máy phát điện đồng bộ 3 pha có chổi than (20 đ)

Câu 8 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát điện đồng bộ 3 pha có chổi than phần ứng ở stator (20 đ)

Câu 9 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát điện đồng bộ 3 pha có chổi than phần ứng ở rotor (20 đ)

a/

b/

Hình 1.1 a/ Sơ đồ nguyên lý máy phát đồng bộ có phần ứng ở stato được cấp dòng kích từ từ máy kích từ:

1 Phần ứng (stato); 2 Cuộn kích từ (phần cảm); 3.Vành trượt; chổi than; 4.Máy phát kích từ một chiều; 5.Điện trở điều chỉnh điện áp máy phát

b/ Máy phát đồng bộ có phần ứng ở rôtó: 1 Phần ứng (rôto); 2 Cuộn kích từ (stato); 3 Vành trượt, chổithan; 4 Máy phát kích từ một chiều

Câu 10 Các thông số định mức của máy phát đồng bộ (20 đ)

- Số pha : 1 pha ; 3 pha

- Điện áp định mức của máy phát: Uđm(V)

- Công suất biểu kiến định mức: Sđm (KVA)

8

R

1

+ -

R S T 2

2

- Công suất tác dụng định mức: Pđm (KW)

- Dòng định mức: Iđm (A)

- Tần số định mức: fđm (Hz)

- Hệ số công suất định mức: cosđm

- Dòng kích từ định mức: Iktđm(A)

- Điện áp kích từ định mức: Uktđm(V)

- Tốc độ quay định mức: nđm(v/p)

- Cách đấu cuộn dây phần ứng v.v

Công suất biểu kiến S (KVA) nhằm xác định giới hạn tải toàn phần Công suất tác dụng P(KW) để chỉ rasự giới hạn công suất của động cơ sơ cấp lai máy phát Công suất phản tác dụng Q(KVAR) do máy phátđiện phát ra phụ thuộc vào dòng điện kích từ, nó là dạng năng lượng tích phóng, không sinh công Cả 3loại công suất trên tạo thành tam giác công suất S2 = P2 + Q2 ; S.cos = P; S.sin = Q

Câu 13 Phân tích ưu, nhược điểm của máy phát điện đồng bộ 3 pha có chổi than và không chổi

than (20 đ)

Trong quá trình vận hành và khai thác máy phát đồng bộ có chổi than điểm yếu nhất của hệ thống là chỗtiếp xúc giữa vành trượt và chổi than là:

- Thường xuất hiện tia lửa điện gây nhiễu loạn cho các thiết bị vô tuyến điện

- Thường đột nhiên mất kích từ do tiếp xúc không tốt do đó mất điện toàn tàu

- Khó khăn trong quá trình tự kích ban đầu do điện trở tiếp xúc lớn

- Chi phí và tốn công bảo dưỡng vành trượt và chổi than

Ngày nay, do yêu cầu kỹ thuật cũng như vấn đề cung cấp năng lượng điện cho tàu thuỷ ngày càng cao nênđộng cơ lai máy phát thường là động cơ Diesel có tốc độ cao, vành trượt nhanh bị bào mòn và từ đó làmảnh hưởng rất lớn trong quá trình cung cấp điện năng cho tàu

Để khắc phục được nhược điểm trên nhà chế tạo đã đưa ra loại máy phát đồng bộ là máy phát đồng

thực tế Việc đưa máy phát đồng bộ không chổi than vào hoạt động trên tàu thuỷ là mang lại hiệu quả kinh tế cao Tính hệ thống của loại máy này cũng cao hơn, nó cho phép rút ngắn quá trình quá độ, làm việc ổn định hơn Hơn nữa, tất cả các thiết bị đi theo nó cũng gọn nhẹ và chắc chắn Cấu trúc chung của máy phát không chổi than được thể hiện trên hình 1.2

Hình 1.2 Cấu trúc chung máy phát đồng bộ không chổithan:

- Máy phát đồng bộ chính (G)có phần ứng là stato,phần cảm ở rotor

- Máy phát kích từ xoay chiều là máy phát đồng bộ có phận ứng quay, phần cảm đứng yên (F) cung cấp dòng kích từ cho cuộn kích từ máy phát chính Cầu chỉnh lưuquay Cuộn kích từ tĩnh cấp dòng kích từ cho máy phát kích từ thông qua bộ tự động điều chỉnh điện áp tĩnh (Static Exciter), tức là bộ tự động điều chỉnh điện áp AVR – Auto Voltage Regurator

Trong đó máy kích từ xoay chiều và bộ chỉnh lưu quay được lắp trên rotor của máy phát chính.Tín hiệu ra xoay chiều ba pha của máy kích từ được chỉnh lưu thành tín hiệu một chiều thông qua bộchỉnh lưu quay để cấp cho cuộn kích từ chính máy phát

9

Trong quá trình vận hành và khai thác bản thân máy phát đã phát ra nhiệt góp phần làm giảm độẩm của máy phát nhưng khi máy ngừng hoạt động máy phát có thể hấp thụ khí ẩm từ môi trường bênngoài Chính vì thế sẽ làm giảm điện trở cách điện của máy phát dẫn tới gây nên dòng rò trong quá trìnhlàm việc và có nguy cơ làm cho lớp cách điện bị đánh thủng khi có xung điện áp cao Vì vậy, trên máyđược trang một thiết bị sấy để giữ cho nhiệt độ của máy phát lớn hơn nhiệt độ môi trường, làm tăng điệntrở cách điện đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và làm giảm trở kháng trong các cuộn dây, đảm bảokhả năng tự kích tốt.

Bộ sấy được đặt ở nơi thấp nhất của khung máy để năng lượng nhiệt dễ dàng tuần hoàn trong máy, phụcvụ có hiệu quả, bảo vệ cuộn dây và các phần tử có liên quan đến độ ẩm

Câu 15 Giới thiệu các phần tử và chức năng của nó trong sơ đồ tổng thể máy phát đồng bộ không chổi than của hãng TAIYO(20đ)

Ví dụ máy phát điện không chổi hãng TAIYO (Nhật Bản)

Sơ đồ tổng thể máy phát và hệ thống tự động điều chỉnh điện áp hãng TAIYO như hình 1.3 Trong đó :ACGENERATOR & EXCIETER : Phần máy phát và kích từ đặt trên máy

SWITCH BOARD: Bảng điện chính

G : Máy phát chính CT : Biến dòng cấp tín hiệu dòng cho mạch phức hợp

pha song song

EX : Máy phát kích từ RT : Cuộn kháng cấp tín hiệu áp cho mạch phức hợp.Si1 : Bộ chỉnh lưu quay VR : Biến trở hiệu chỉnh điện áp

Si2 : Cầu chỉnh lưu silic AVR : Mạch hiệu chỉnh điện áp

S1,2 : Hai bộ bảo vệ xung cho các bộ

chỉnh lưu

CCT : Biến dòng cấp cho mạch hiệu chỉnh

F1 : Cuộn kích từ của máy phát chính SP : Điện trở sấy cho máy phát chính

F2 : Cuộn kích từ của máy phát kích từ

ACGENERATOR & EXCIETER SWITCH BOARD

10

G

AVR RT

Si2

CCT

K L

2

R S T

R S T

k

2

l2l

k

Hình 1.3 Sơ đồ tổng thể máy phát đồng bộ không chổi than của hãng TAIYO.

Câu 12 Nguyên lý hoạt động của máy phát điện đồng bộ ba pha không chổi than (20 đ)

Khi động cơ sơ cấp lai rotor của máy phát chính (động cơ sơ cấp trên tàu thuỷ thường là động cơDiesel) chạy với tốc độ ổn định ở giá trị định mức, do ban đầu máy phát có từ dư nên điện áp máy phát sẽnhanh chóng được thành lập và tín hiệu kích từ lấy từ cầu chỉnh lưu Si2 được đưa tới cuộn kích từ F2 củamáy phát kích từ Từ trường trong cuộn dây F2 do rotor của máy phát quay nên tạo ra trong cuộn dây bapha của máy phát kích từ có sức điện động 3 pha (máy phát kích từ là máy phát đồng bộ 3 pha) Nguồnđiện xoay chiều ba pha này được bộ chỉnh lưu cầu ba pha Si1 chỉnh lưu thành nguồn một chiều cung cấpcho cuộn kích từ chính F1 tạo ra từ trường kích từ cảm ứng trên cuộn dây ba pha của máy phát G sức điệnđộng 3 pha, tạo lên điện áp trên cực của máy phát chính

Câu 14 Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ 3 pha từ đó phân tích các nguyên nhân chính gây ra sự dao động điện áp (30 đ)

Đặc tính ngoài là mối quan hệ giữa điện áp trên các cực của máy phát với dòng tải khi IKT = const, n =const và cos = const

Ta xét cho 2 trường hợp :

- Khi tải là R,L : lúc đó ta có các đặc tính nằm kẹp giữa 2 đường góc  = 0 và  = 900

- Khi tải là R,C : có các đặc tính nằm kẹp giữa các đường góc  = - 900 và  = 0

Hình 1.4 Họ đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ

+ Từ đặc tính ngoài ta thấy : Các máy phát xoay chiều đồng bộ 3 pha có sự thay đổi điện áp rất lớntrong quá trình nhận và bớt tải Sự thay đổi điện áp định mức trong khoảng :

U

%100

1

+ Tải thực tế của máy phát xoay chiều là tải hỗn hợp giữa R và L (Tải mang tính chất cảm kháng:

> 0) Do vậy khi IT tăng dẫn đến UMF giảm Nếu như với cùng giá trị dòng tải, khi giá trị cos  thay đổi(Tính chất tải thay đổi) thì U cũng thay đổi

+ Tất cả các thiết bị điện là phụ tải của máy phát điện hay các khí cụ trang bị trong hệ thống nănglượng đều được chế tạo để làm việc với một điện áp nhất định gọi là điện áp định mức Nếu điện áp cóthay đổi thì giá trị cho phép là rất nhỏ , khoảng từ (2  3)% Uđm Nếu điện áp thay đổi lớn sẽ ảnh hưởngđến chất lượng của ánh sáng, tốc độ động cơ và đến lực hút của các công tắc tơ, rơle Trong trường hợp U

>U đm ảnh hưởng đến tuổi thọ của chúng

11

E 0 = u u

i

I ng.m 0

Qua việc xét họ đặc tính ngoài ta thấy rằng có 2 nguyên nhân chính gây ra sự thay đổi điện áp đó là độlớn của dòng tải và tính chất tải Dựa vào 2 nguyên nhân chính này mà người ta thường chế tạo các bộ tựđộng điều chỉnh điện áp máy phát trên nguyên lý tác động nhiễu sẽ trình bày ở chương sau.

ương 2 TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP MÁY PHÁT ĐIỆN TÀU THUỶ

Câu 1 Phân tích các CN của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp máy phát trên tàu thuỷ (20 đ)

a/ Chức năng

- Chức năng tự kích (tự hình thành điện áp)

- Tự động điều chỉnh điện áp khi có dao động điện áp

- Tự đông phân bố tải vô công khi các máy phát đang công tác song song

câu 2 Nêu các yêu cầu Đăng kiểm của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp máy phát trên tàu thuỷ (20 đ)

- Chế độ tĩnh: + Khi tải thay đổi từ 0  Iđm, cos  = cos đm (Tốc độ quay của động cơ sơ cấp n  ± 5

nđm) thì U  ± 2,5 

+ Đối với máy phát khi cos  thay đổi từ 0,6 – 0,9 thì U  ± 3,5 

- Chế độ động: + Khi nhận tải đột ngột 60%Pđm thời gian điều chỉnh tđc1,5 sec và cos  <0,4 thì sự daođộng điện áp không được vượt quá 15  Uđm đến 20 % Uđm

Câu 3 Các nguyên nhân gây ra dao động điện áp của máy phát trên tàu thuỷ (25 đ)

+ Đối với máy phát xoay chiều đồng bộ 3 pha , ta có phương trình cân bằng điện áp như sau:

I R.

I j.X.

E

Trong đó:

U: Điện áp ra của máy phát

EKT: Suất điện động của máy phát

X: Trở kháng đồng bộ

R: Điện trở cuộn dây stator

I : Dòng điện tải của máy phát

+ Từ phương trình trên ta thấy , đối với máy phát xoay chiều đồng bộ, có 4 nguyên nhân gây ra sựthay đổi điện áp:

- Khi cường độ dòng tải thay đổi:

IT   fưfư   th   E   U 

- Khi tính chất tải thay đổi:

cos  fưfư   th   E  U

- Khi tốc độ rôto thay đổi:

n  E  U

- Khi nhiệt độ cuộn dây kích từ thay đổi:

t0  RKt  IKt  E U

Từ các nguyên nhân và các tác hại của sự giao động điện áp trên, ta thấy sự cần thiết của việc giữđiện áp máy phát không đổi thông qua các bộ tự động điều chỉnh điện áp

Câu 4 Trình bày nguyên lý hệ thống phức hợp dòng tự động điều chỉnh điện áp máy phát điện đồng bộ 3 pha trên tàu thủy (25 đ)

12

Bd: Biến dòngCL1, CL2: Chỉnh lưuMF: Máy phátKT: Cuộn dây kích từ máy phát

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý một dây của hệ thống phức hợp dòng+ Hệ thống phức hợp dòng có 2 phản hồi: đó là phản hồi áp U và phản hồi dòng I

+ Hệ thống phức hợp dòng là hệ thống có tín hiệu dòng và tín hiệu áp được cộng lại với nhau phíamột chiều (Sau chỉnh lưu)

+ Với cấu trúc như vậy, hệ thống chỉ điều chỉnh được với nguyên nhân là cường độ dòng tải, còncác nguyên nhân khác hệ thống không điều chỉnh được Chính vì vậy, hệ thống phức hợp dòng khôngđược ứng dụng nhiều Nó chỉ hay được dùng kết hợp với nguyên lý độ lệch

Câu 5 Trình bày nguyên lý hệ thống phức hợp pha tự động điều chỉnh điện áp máy phát điện đồng

bộ 3 pha trên tàu thủy (25 đ

+ Hệ thống phức hợp pha là hệ thống điều chỉnh theo hai nhiễu chính, đó là: cường độ dòng tải I vàtính chất tải cos 

+ Hệ thống phức hợp pha là hệ thống có tín hiệu áp và tín hiệu dòng được cộng pha với nhau (Cộngvéctơ) hay còn gọi là cộng phía xoay chiều (Trước chỉnh lưu)

+ Hệ thống phức hợp pha được chia làm 2 loại:

- Hệ thống phức hợp pha song song: là hệ thống có tín hiệu dòng và tín hiệu áp cộng song song vớinhau (Hình 2.2)

- Hệ thống phức hợp pha nối tiếp: là hệ thống có tín hiệu dòng và tín hiệu áp cộng nối tiếp với nhau + It = KI là dòng thứ cấp biến dòng; I: dòng điện máy phát

+ U: điện áp MF

+ Iu: dòng qua cuộn cảm

+ Ikt: dòng kích từ

+ R: điện trở cuộn kích từ

+ Với các sơ đồ trên hệ thống phức hợp pha có thể điều chỉnh được với 2 nhiễu là : Cường độ dòngtải I và tính chất tải cos  Giải thích bằng đồ thị véc tơ :

 

Ikt2 > Ikt1  UMF

Độ chính xác thấp + Ưu điểm: - Cấu trúc đơn giản, độ bền và độ tin cậy cao

- Có khả năng cường kích lớn và tính ổn định động tốt (Không giao động, thời gian quá độngắn, độ quá điều chỉnh nhỏ)

cos 1 > cos 2  UMF I2 > I1

Ikt2 > Ikt1  U

- Kích thước lớn: vì có biến dòng và cuộn cảm

- Khả năng tự kích kém (Để cải thiện quá trình tự kích cần mắc thêm tụ điện)

- Chỉ điều chỉnh được với cường độ dòng tải và tính chất tải

Câu 6 Trình bày nguyên lý hệ thống điều chỉnh điện áp theo độ lệch tự động điều chỉnh điện áp máy phát điện đồng bộ 3 pha trên tàu thủy (25 đ)

- Một trong những ưu nhược điểm cơ bản của hệ thống điều chỉnh điện áp theo nhiễu là độ chính xáckhông cao Bởi vì hệ thống phức hợp pha chỉ có khả năng giữ điện áp ổn định do hai nguyên nhân chính

gây ra sự dao động điện áp đó là dòng tải và tính chất của tải Còn các nguyên nhân gây dao động điện áp

như sự thay đổi tốc độ quay của diezel, sự thay đổi nhiệt độ của cuộn dây kích từ hệ thống phức hợppha và phức hợp dòng không có khả năng giữ ổn định được điện áp

SS: Bộ so sánhKĐ: Bộ khuyếch đạiCL: Bộ chỉnh lưuUMF: Điện áp máy phát U0: Điện áp cho trước

Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch+ Phần tử so sánh nhận tín hiệu so sánh là U MF Điện áp này so sánh với điện áp cho trước rồi đưa

ra tín hiệu sai lệch U = U0 - UMF Tín hiệu sai lệch này được khuếch đại, sau đó điều khiển bộ chỉnhlưu , từ đó điều chỉnh được dòng kích từ máy phát

Khi : UMF  U  IKt  UMF

UMF  U  IKt  UMF

+ Ưu điểm của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch:

- Hệ thống đơn giản, kích thước và trọng lượng nhỏ

- Độ chính xác cao

- Hoạt động với tất cả các nguyên nhân gây ra giao động điện áp

+ Nhược điểm:

- Ổn định động kém: Độ quá điều chỉnh và thời gian quá độ lớn, nhất là khi khởi động trực tiếp các động

cơ lồng sóc có công suất lớn

15

Câu 7 So sánh ưu nhược điểm của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu và độ lệch (20 đ)

Phức hợp pha

+ Nhược điểm:

Độ chính xác thấp

+ Ưu điểm: - Cấu trúc đơn giản, độ bền và độ tin cậy cao

- Có khả năng cường kích lớn và tính ổn định động tốt (Không giao động, thời gian quá độngắn, độ quá điều chỉnh nhỏ)

cos 1 > cos 2  UMF I2 > I1

Ikt2 > Ikt1  UMF

Kích thước lớn: vì có biến dòng và cuộn cảm

- Khả năng tự kích kém (Để cải thiện quá trình tự kích cần mắc thêm tụ điện)

- Chỉ điều chỉnh được với cường độ dòng tải và tính chất tải

Phức hợp dòng; + Với cấu trúc như vậy, hệ thống chỉ điều chỉnh được với nguyên nhân là cườngđộ dòng tải, còn các nguyên nhân khác hệ thống không điều chỉnh được Chính vì vậy, hệ thống phức hợpdòng không được ứng dụng nhiều Nó chỉ hay được dùng kết hợp với nguyên lý độ lệch

Ưu điểm của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch:

- Hệ thống đơn giản, kích thước và trọng lượng nhỏ

- Độ chính xác cao

- Hoạt động với tất cả các nguyên nhân gây ra giao động điện áp

+ Nhược điểm:

- Ổn định động kém: Độ quá điều chỉnh và thời gian quá độ lớn, nhất là khi khởi động trực tiếp cácđộng cơ lồng sóc có công suất lớn

Câu 8 Trình bày nguyên lý hệ thống điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc kết hợp tự động điều chỉnh

điện áp máy phát điện đồng bộ 3 pha trên tàu thủy (25 đ)

+ Để lợi dụng được những ưu điểm cơ bản của nguyên lý điều chỉnh theo nhiễu và nguyên lý điềuchỉnh theo độ lệch , người ta xây dựng hệ thống điều chỉnh điện áp theo nguyên lí kết hợp:

- Kết hợp giữa phức hợp pha và độ lệch (Hình 2.7)

- Kết hợp giữa phức hợp dòng và độ lệch (Hình 2.8)

Hình 2.7.Kết hợp giữa phức hợp pha và độ lệch Hình 2.8 Kết hợp giữa phức hợp dòng và độ lệch 1: Biến dòng, 2: Biến áp, 3: Chỉnh lưu Diode, 4: Chỉnh lưu Tiristor; 5: Phần tử so sánh, 6: Khuyếch đại vàtạo xung, 7: Cuộn cảm

Hình 2.7 :

- Máy phát F có 2 cuộn kích từ, từ thông của hai cuộn ngược chiều nhau

- Dòng kích từ chính tạo ra từ thông 1 , được cấp từ mạch phức hợp pha ,

bao gồm: Biến áp phức hợp 1, Cuộn cảm 7, Diode 3

- Mạch hiệu chỉnh theo độ lệch bao gồm: Cuộn kích từ tạo ra từ thông 2,

Tiristor 4, khối so sánh 5, Khối khuyếch đại và tạo xung 6

- Khi không có từ thông 2 , điện áp MF bằng 110%Uđm Khi có từ thông 2,

điện áp MF được kéo xuống bằng U đm

Hình 2.8 :

- Mạch phức hợp dòng bao gồm: Biến dòng 1, Diode 3

- Mạch hiệu chỉnh theo độ lệch bao gồm: Tiristor 4, Biến áp 2, Khối so sánh 5,

Khối khuyếch đại và tạo xung 6

- Máy phát F có một cuộn dây kích từ

- Tín hiệu phần phức hợp dòng và phần hiệu chỉnh theo độ lệch được cộng điện với nhau

Câu 9 Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu hãng Still – Tây Đức (30 đ)

Đây là một sơ đồ tự động điều chỉnh điện áp phức hợp pha song song hãng Still – Tây Đức chếtạo Hệ thống bao gồm hai tín hiệu phản hồi điện áp lấy qua cuộn cảm tuyến tinh DL, phản hồi dòng từbiến dòng TP được cộng với nhau trước chỉnh lưu P Bộ tụ C được dùng để cải thiện quá trình tự kíchtrước khi chỉnh lưu Điện trở R dùng để điều chỉnh điện áp máy phát ở chế độ không tải Hệ thống có khảnăng điều chỉnh tự động điện áp của máy phát điện với sự thay đổi của 2 nhiễu loạn chính là dòng tải vàtính chất tải

17

Hình 2.9 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp hãng Still

2.3.2 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch bằng bán dẫn

* Giới thiệu phần tử: + MF: máy phát xoay chiều đồng bộ 3 pha có cuộn dây kích từ là KT.

+ T: Tiristor là phần tử thực hiện dùng để thay đổi dòng kích từ máy phát

+ Mạch lấy phản hồi điện áp máy phát bao gồm: Biến áp BA, cầu chỉnh lưu CL, tụ lọc C1, điện trởR1, biến trở VR1

+ Khối so sánh bao gồm cầu đo: DZ1, DZ2, R2, R3 có đặc tính UR = f(UV) như hình vẽ Điểm làm việccủa cầu đo nằm trên đoạn AB

+ Khối khuyếch đại bao gồm Transistor T1, các điện trở R4, R5 biến trở VR2

+ Khối tạo xung bao gồm: Transistor một tiếp giáp T2 (UJT), các điện trở R6, R7, R8 , tụ C3

+ Khối cấp nguồn: D1, R9, DZ3, D2,C2

Câu10 Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch bằng bán dẫn (30 đ)

+ Máy phát đang làm việc bình thường với điện áp phát ra là U đm Điểm làm việc của cầu đo tại M

có UR = UR1 , tương ứng với UV = UV1 = K.Uđm UR1 được khuyếch đại, rồi được đưa đến khối tạo xung Xung phát ra có góc mở là 1 điều khiển Tiristor T, tương ứng có dòng kích từ máy phát là IKT1 và điện ápmáy phát là U đm

+ Nếu vì một lý do nào đó làm cho UMF < Uđm  UV = K.UF  UR > UR1  tín hiệu ra của bộkhuếch đại tăng và được đưa tới bộ tạo xung  góc phát xung α giảm  góc dẫn của Tiristor tăng  IKTtăng  UMF tăng bằng với U đm

+ N ếu như UMF < U đm Quá trình xảy ra ngược lại

Hình 2.10 Điện áp ra kích từ qua điều khiển bằng thirystor

18

U

t



MF kt

Hình 2.11 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lí độ lệch chế tạo bằng bán dẫn

Chương 3 CÔNG TÁC SONG SONG CỦA CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN

Câu 1 Tại sao phải công tác song giữa các máy phát điện trên tàu thuỷ (25 đ)

- Nguồn điện cung cấp cho các phụ tải trong hệ thống điện năng tàu thuỷ thường được lấy từ thanh cáibảng điện chính do các tổ máy phát điện được công tác song song với nhau

- Công tác song song của các tổ máy phát là cần thiết vì nó có nhiều ưu điểm so với các tổ máy phát côngtác độc lập ở các điểm sau:

+ Tạo điều kiện giảm bớt các thiết bị chuyển mạch và dây cáp nối các phần tử thiết bị với nhau

+ Giảm bớt trọng lượng kích thước của các thiết bị phân phối điện

+ Đảm bảo nguồn điện liên tục cho các phụ tải trong mọi trường hợp (ngay cả khi chuyển tải từ máynày sang máy khác)

+ Giảm bớt sự dao động điện áp khi tải tăng vọt đột ngột

+ Nâng cao hiệu suất sử dụng công suất của các tổ máy phát

- Tuy nhiên khi các máy công tác song song dẫn đến các nhược điểm sau:

+ Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ nhất định về chuyên môn

+ Độ lớn dòng ngắn mạch tăng, cần phải có những thiết bị bảo vệ ngắn mạch phức tạp và bảo vệ côngsuất ngược

+ Sự phân chia tải phức tạp hơn khi một trong các động cơ truyền động có sự cố nhỏ

Câu2 Công tác song song các máy phát điện đồng bộ 3 pha là gì ? (15 đ)

Để đưa máy phát đồng bộ vào công tác song song là quá trình đưa máy phát từ trạng thái không làm việcđến trạng thái cùng cung cấp năng lượng cho thanh cái đang có một hay nhiều máy phát khác đang côngtác

Công tác song song của các tổ máy phát gồm 2 quá trình:

19

- Hòa đồng bộ: Quá trình hoà đồng bộ coi như thành công khi không gây ra xung dòng lớn và thờigian phải ngắn Điều đó là cần thiết để đảm bảo cung cấp điện ổn định, liên tục cho các phụ tải,nhất là lúc một trong những máy phát khác đang làm việc bị sự cố

- Phân chia tải giữa các máy phát (đối với tải vô công và hữu công)

Hòa đồng bộ có 2 cách: Hoà đồng bộ chính xác và hoà đồng bộ thô

Hoà đồng bộ chính xác là tại thời điểm đóng máy phát lên thanh cái, tất cả các điều kiện hoà phải đượcthoả mãn

Hoà đồng bộ thô là tại thời điểm đóng máy phát lên thanh cái, tất cả các điều kiện phải thoả mãn chỉ trừđiều kiện góc pha ban đầu của điện áp lưới và điện áp máy phát không bằng nhau

Phân chia tải giữa các máy phát: có 2 cách bằng tay và tự động

Câu 3 Phân tích các điều kiện hòa đồng bộ chính xác (25 đ)

a/ Điều kiện hòa đồng bộ chính xác

- Để tiến hành hoà đồng bộ chính xác thì tất cả các điều kiện hoà đồng bộ phải được thoả mãn Điều kiệnhoà đồng bộ chung là điện áp tức thời của lưới bằng với máy phát điện định hoà

+ Các trị số tức thời của thanh cái (của mạng) ở mỗi pha ta có:

uA1 = UA1.sin(1t - αA1)

uB1 = UB1.sin(1t - αB1 - 2/3)

uC1 = UC1.sin(1t - αC1 + 2/3)

+ Điện áp tức thời của máy phát định hoà :

uA2 = UA2.sin(2t - αA2)

uB2 = UB2.sin(2t - αB2 - 2/3)

uC2 = UC2.sin(2t - αC2 + 2/3)

Trong đó:

UA , UB , UC: Điện áp cực đại của các pha

1 , 2 : Vận tốc góc của điện áp lưới và máy phát

αA1 , αB1 , αC1 : Góc pha ban đầu của điện áp lưới

αA2 , αB2 , αC2 : Góc pha ban đầu của điện áp máy phát

+ So sánh điện áp tức thời của các pha tương ứng ta phải có

uA1 = uA2

uB1 = uB2

uC1 = uC2

+ Đồng thời : 1 = 2

+ Và αA1 = αA2 αB1 = αB2 αC1 = αC2 Một trong những điều kiện công tác của tầu thuỷ là sự thay đổi tải lớn và liên tục, nên để đạt được tất cảcác điều kiện trên là rất khó khăn Mặt khác trong thực tế đôi khi trạm phát đang có sự cố ta phải hoànhanh một máy phát khác vào để thay thế, nên có thể các điều kiện trên chưa được thoả mãn hoàn toànnhưng ta vẫn phải đóng máy phát vào mạng

Từ điều kiện chung nêu trên ta có thể cụ thể hoá các thông số đo được trên trạm phát như sau:

+ Thứ tự pha của 2 máy phát phải như nhau

+ Tần số của 2 máy phát phải bằng nhau

+ Điện áp hiệu dụng của 2 máy phát phải bằng nhau

+ Véc tơ điện áp của các pha tương ứng phải trùng nhau

Để kiểm tra các điều kiện hoà đồng bộ chính xác nêu trên Và chọn thời điểm đóng máy phát lên mạng ta

có thể áp dụng các phương pháp sau:

20

+ Hệ thống đèn tắt

+ Hệ thống đèn quay

+ Hệ thống đồng bộ kế

a/ Hệ thống đèn tắt.

Câu 4Trình bày phương pháp kiểm tra điều kiện hoà đồng bộ chính xác bằng đèn tắt (25 đ)

Hình 3.3 Sơ đồ và đồ thị véc tơ hệ thống hoà đồng bộ bằng đèn tắt

- Khi sử dụng hệ thống đèn tắt ta cần thực hiện như sau:

+ Kiểm tra sự bằng nhau của tần số lưới và tần số máy phát định hoà bằng tần số kế

+ Kiểm tra sự bằng nhau của điện áp máy phát định hoà và điện áp của lưới bằng vôn kế

+ Kiểm tra thứ tự pha như nhau bằng cách quan sát các bóng đèn Đây là hệ thống đèn tắt nên khi thứ tự pha nhưnhau thì các bóng đèn sẽ tắt đồng thời

+ Kiểm tra vectơ điện áp các pha tương ứng trùng nhau là tại thời điểm các bóng đèn cùng tắt

b/ Hệ thống đèn quay.

Câu 5 Trình bày phương pháp kiểm tra điều kiện hoà đồng bộ chính xác bằng đèn quay (25 đ)

- Hệ thống đèn quay cũng thường được ứng dụng kiểm tra các điều kiện hoà đồng bộ chính xác Hệ thốngđèn quay không những dễ dàng xác định thời điểm hoà đồng bộ mà còn giúp người vận hành xác địnhđược tần số của điện áp máy phát định hoà lớn hơn hay nhỏ hơn tần số điện áp lưới chiều quay của hệthống đèn

1 2 3

Hình 3.4 Sơ đồ và đồ thị véc tơ hệ thống hoà đồng bộ bằng đèn quay Hình trên giới thiệu cách đấu hệ thống đèn quay, nếu tần số của máy phát định hoà lớn hơn tần sốcủa điện áp lưới thì đèn sẽ quay theo chiều 1-2 -3 Nếu tần số của máy phát định hoà nhỏ hơn tần số điệnáp lưới thì hệ thống đèn sẽ quay theo chiều 3-2-1 Vì vậy khi đèn quay theo chiều kim đồng hồ với tốc độnhanh thì ta phải giảm bớt tần số của máy phát định hoà để tốc độ quay chậm lại đến thời điểm trước khibóng số 1 (bóng chủ) tắt khoảng 1s thì ta bắt đầu đóng aptomat

- Theo quy định khi đóng máy phát cần hoà vào lưới, để máy phát nhận tải khoảng 5% là tốt nhất Vì nhưvậy sẽ không gây ra xung dòng lớn cho mạng, không gây ra hiện tượng công suất ngược Nếu tần số củamáy phát định hoà nhỏ hơn tần số điện áp lưới mà ta đóng máy phát vào lưới thì máy phát định hoà sẽ làtải của các máy phát đang công tác

1 c/ Hệ thống đồng bộ kế.

Câu 6.Trình bày phương pháp kiểm tra điều kiện hoà đồng bộ chính xác bằng đèn đồng bộ kế(25 đ

- Để đạt được kết quả tốt hơn trong việc hoà đồng bộ chính xác các máy phát đồng bộ, việc ứng dụngđồng bộ trên các trạm phát điện tầu thuỷ là rất phổ biến Đây là thiết bị co kim chỉ thời điểm hoà đồng bộchính xác hơn nhiều so với các hệ thống đèn

Nguyên lý hoạt động của đồng bộ kế - hình 3.5

G 3~

6 2

6

1 1

a Sơ đồ đấu dây b Cấu tạo của đồng bộ kế

Hình 3.5Cấu tạo gồm: 1- lõi từ 4 , 5 - các cuộn dây 3- Gối đỡ 6- Kim chỉ

- Lõi từ số 1 được chế tạo như hình chữ z phía trong đặt cuộn dây, cuộn này được nối với thanh cái màmáy phát sẽ công tác song song với các máy phát khác đang cấp điện áp cho thanh cái đó Lõi từ 1 có thểquay tròn trên hai gối đỡ 3-3 Phía ngoài cuộn 2 được đặt cuộn dây 4 và 5 lệch nhau một góc 1200 điện vàđược đấu với máy phát định hoà Sau khi đóng mạch đưa đồng bộ kế vào hoạt động, các cuộn dây sẽ tạothành một từ trường quay Lõi từ 1 sẽ được quay theo chiều nhất định phụ thuộc vào tần số của điện áptrên thanh cái lớn hơn hay nhỏ hơn tần số của điện áp định hoà

+ Nếu gọi : f1 là tần số của điện áp thanh cái

f2 là tần số của máy phát thanh cái

+ f1 > f2 : Chiều quay của kim đồng bộ kế sẽ quay ngược chiều với kim đồng hồ (tốc độ quay của đồngbộ kế tỷ lệ với hiệu 2 kim đồng hồ)

22

+ f1 < f2 : Chiều quay của kim đồng bộ kế sẽ quay cùng chiều với kim đồng bộ kế sẽ cố định tại vị trí 0

- Quy trình hoà đồng bộ chính xác có thể thực hiện như sau:

+ Khởi động diesel lai máy phát, ổn định tốc độ quay ở mức để tần số xấp xỉ định mức

+ Kiểm tra xem điện áp hiệu dụng của máy phát và trên thanh cái đã bằng nhau chưa (nếu chưa bằng nhauphải điều chỉnh dòng kích từ để điện áp bằng nhau)

+ Quan sát hệ thống đèn hay đồng bộ kế để chọn đúng thời điểm đóng máy phát vào mạng

* Phương pháp phân bố tải vô công bằng cách điều chỉnh đặc tính ngoài

Câu 7 Trình bày phương pháp điều chỉnh độ hữu sai đặc tính ngoài để phân bố tải vô công (30 đ

- Độ nghiêng của đặc tính ngoài máy phát là yếu tố quyết định cho việc phân bố tải vô công Q khi chúngcông tác song song Khi thành lập đặc tính ngoài của máy phát ta quy định cos = const Nhưng trongthực tế có rất nhiều yếu tố như sự thay đổi tốc độ, nhiệt độ, tính chất của bộ tự động điều chỉnh điện áp vàtính chất của máy phát làm ảnh hưởng đến dạng đặc tính ngoài của máy phát mặc dù các máy phát đượcchế tạo cùng một seri và cùng một hệ thống tự động điều chỉnh điện áp như nhau ta cũng không thể cóđược đặc tính ngoài của chúng giống hệt như nhau

- Nếu ta gọi điện áp của hai máy phát công tác song song là U1 và U2 và dong điện của hai máy phát là I1

và I2 Ta có phương trình vectơ

U1 = U2 = U I1 + I2 = I

Trong đó: U và I là điện áp và dòng điện trên thanh cái

- Trong trường hợp tải là thuần kháng việc phân bố tải được thực hiện như hình sau Từ đặc tính ngoài tathấy hai máy phát được phân bố tải vô công điều chỉnh khi đặc tính ngoài của chúng trùng lên nhau

Hình 3.6 Đặc tính ngoài của các máy phát với độ dốc khác nhau sẽ lệch nhau khi tải thay đổi

Bd

CL

U

Uo Uv

(Sơ đồ lấy tín hiệu từ dòng kích từ)

1 Hình 3.7 Phương pháp điều chỉnh đặc tính ngoài bằng cách lấy tín hiệu từ dòng kích từ của máy phát

Câu 9 Phương pháp điều chỉnh đặc tính ngoài bằng cách lấy tín hiệu từ dòng kích từ của máy phát(30 đ)

23

ITI

+ Nếu luôn giữ cho điện áp bằng trị số định mức thì sự thay đổi dòng kích từ gần như tuyến tính với sựthay đổi dòng tải vô công của phần ứng máy phát Nên khi lấy tín hiệu từ dòng kích từ cũng phản ánhđược mức độ tải vô công của máy phát Điều này có thể chứng minh được khi nối tắt phần thứ cấp củabiến dòng: Uo - Ust = U (Trường hợp 1).

Uo - ( Ust + UR ) = U (Trường hợp 2)

 U (Trường hợp 1) > U (Trường hợp 2)  đường đặc tính mềm đi nếu không thì đường đặc tínhsẽ cứng lên

+ Trường hợp trên khi dòng kích từ càng tăng thì tín hiệu ra từ phần tử đo và so sánh càng nhỏ nên khi máy phát càng nhận tải vô công nhiều thì đặc tính của chúng càng dốc xuống (mềm đi) Điều chỉnh độ nghiêng của đặc tính ta chỉ cần điều chỉnh R 1 (điều chỉnh

R 2 chỉ tình tiến song song đường đặc tính) Phương pháp trên không được ứng dụng nhiều vì khả năng điều chỉnh không được lớn.

Câu 10 Phương pháp điều chỉnh đặc tính ngoài bằng cách lấy tín hiệu

từ dòng tải máy phát (30 đ)

Hình 3.8 Phương pháp điều chỉnh đặc tính ngoài bằng cách lấy tín hiệu từ dòng tải máy phát

Uo - ( URS + ITP.R ) = U

- Phương pháp này lấy tín hiệu từ dòng tải để điều khiển đường đặc tính ngoài được ứng dụng nhiều nhất.Từ sơ đồ vectơ ta có thể nhận xét như sau: thành phần dòng tải tác dụng ITT tạo nên điện áp rơi trên biếntrở R1 vuông góc với URS Điện áp này làm thay đổi độ lớn của điện áp tổng ở mức độ nhỏ, còn điện áprơi trên R1 do thành phần phản tác dụng gây ra sẽ cộng đại số với URS nên nó chủ yếu làm thay đổi tínhiệu tổng đưa đến phần tử so sánh Mặt khác ta coi điện áp rơi ITP.R (thành phần phản tác dụng) làm nhỏbởt điện áp chuẩn Với kết quả từ sơ đồ trên ta có được độ nghiêng của đặc tính ngoài phụ thuộc vàothành phần dòng tải phản tác dụng Muốn thay đổi độ nghiêng của đặc tính máy phát có cùng chỉ số ITP tachỉ việc thay đổi R1 (muốn đặc tính cứng lên thì chỉ việc thay đổi R nhỏ đi )

1 * Phân bố tải vô công bằng cách nối dây cân bằng

Câu 8 Trình bày phương pháp nối dây cân bằng để phân bố tải vô công (30 đ)

+ Hai phương pháp phân bố tải vô công ở trên chỉ có thể áp dụng được cho các hệ thống điều chỉnh điệnáp theo nguyên tắc độ lệch hoặc là hệ thống kết hợp Không thể sử dụng cho hệ thống điều chỉnh điện áptheo kiểu phức hợp pha đơn thuần, do vậy đối với những máy phát điều chỉnh theo phức hợp pha thườngáp dụng phương pháp nối dây cân bằng Nếu nối như vậy sẽ tạo được sự thay đổi đồng thời dòng kích từcủa các máy phát công tác song song, và điện áp trên cuộn kích từ của chúng luôn luôn bằng nhau Có thểthực hiện việc nối dây cân bằng bằng 2 cách

- Nối dây cân bằng phía một chiều

- Nối dây cân bằng phía xoay chiều

Câu 11 Đọc sơ đồ nối dây cân bằng phía 1 chiều (25đ)

UP

T

ITP-USU

Nối dây cân bằng phía một chiều: Để có thể nối dây cân bằng phía một chiều phải có các điều kiện sau:

+ Đặc tính từ hoá của 2 máy phát phải giống nhau (cùng một dòng kích từ phải có độ từ hoá như nhau).+ Điện áp kích từ của 2 máy phát phải giống nhau

+ Khi đấu song song cuộn dây kích từ của các máy phát đang công tác song song sẽ khẳng định được sựthay đổi đồng thời dòng kích từ của các máy phát, qua đó khẳng định được sự ổn định phân bố tải vô

công Trong trường hợp này không thể xẩy ra hiện tượng là một máy thì nhận toàn tải vô công còn máy kia là ngược lại

Câu 12 Đọc sơ đồ nối dây cân bằng phía xoay chiều (25đ)

Nối dây cân bằng phía xoay chiều

+ Khi điện áp kích từ và đặc tính từ hoá của các máy phát khác nhau Để phân bố tải vô công thường nốidây cân bằng phía xoay chiều

+ Nối sau cuộn cảm lấy điện áp từ máy này đến máy kia (cuộn cảm là tín hiệu áp) Giả sử có 2 máy phátđang sử dụng có cùng công suất và đang nhận tải tác dụng bằng nhau nhưng tải vô công khác nhau Máynào nhận tải vô công nhiều hơn thì dòng tải của máy đó lớn hơn Điều đó làm cảm ứng trong cuộn áp sứcđiện động của 2 máy phát khác nhau và gây ra dòng cân bằng chạy trong dây cân bằng 3 pha Dòng cânbằng này có xu hướng làm giảm dòng kích từ của máy phát trước đây đã nhận tải vô công cao hơn và làmtăng kích từ của máy có tải vô công thấp hơn

Hình 3.9 Sơ đồ nối dây cân bằng phía 1 chiều

25

Hình 3.10 Sơ đồ nối dây cân bằng phía xoay chiều

Chương 4 BẢNG ĐIỆN CHÍNH VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG TRÊN TÀU THUỶ

Cau 1 Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của bảng phân phối điện chính (20 đ)

1 Độ tin cậy của bảng phân phối điện chính

Không những thiết bị lắp trên bảng điện chính có độ tin cậy cao mà còn phải có độ dự trữ Mặt khác bảngđiện chính có thể có thể chia làm nhiều phần mỗi phần có thể công tác độc lập Thiết bị phải có khả năngtự khởi động cho máy phát dự trữ, hoặc bảo vệ khi các thông số kĩ thuật vượt quá giá trị cho phép (cácphần tử hoạt động phải có độ trễ thời gian)

2 Tính cơ động của hệ thống

Khi có sự cố hư hỏng phải đảm bảo nhanh chóng khắc phục, cho phép kiểm tra tháo lắp dễ dàng, thuậntiện Ngoài ra tính cơ động còn thể hiện là nó cho phép khắc phục các hư hỏng, bảo dưỡng, sửa chữađược dễ dàng

3 Vận hành và sử dụng thuận tiện

Muốn như vậy sơ đồ phải đơn giản, cấu tạo hoàn chỉnh, có độ tin cậy cao để thời gian sửa chữa nhanh vàtăng cường thời gian vận hành, áp dụng điều khiển từ xa tập trung

4 Tính kinh tế trong vận tải và khai thác

- Có thể dùng nguồn điện bờ khi tàu đứng đỗ tại cảng, và sử dụng máy phát đồng trục khi tàu hành trình

Là những phụ tải quan trọng như neo, các bơm cứu hoả, bơm la canh và các máy phục vụ cho máy chính.Nguồn cấp cho chúng phải thường xuyên và tin cậy.

+ Nhóm 3:

Là các phụ tải ít quan trọng như bếp điện quạt gió - nhóm này cho phép gián đoạn việc cung cấp nănglượng điện trong một thời gian nếu máy phát đang bị sự cố

+ Cần ứng dụng các hệ thống tự động rộng rãi, phổ biến hiệu quả để giảm chi phí hoạt động của hệ thống.

4.2 BẢNG PHÂN PHỐI ĐIỆN CHÍNH.

Cau 2 Cấu tạo của bảng điện chính và các thiết bị trong bảng điện chính (15 đ)Trong bảng điện chính gồm các thiết bị như thanh cái, các aptomat, các công tắc tơ, rơ le, cầu chì,biến áp, biến dòng đo lường và các khí cụ điện khác phục vụ cho việc đưa năng lượng đến các phụ tải,kiểm tra và điều khiển hệ thống năng lượng Thiết bị trong bảng điện chính tàu thủy được phân chia theochức năng : thiết bị chính phân phối năng lượng điện, các bảng trung gian, bảng điện phụ và bảng điện sựcố

Thiết bị bảng điện được chế tạo có bảo vệ để không có khả năng tiếp xúc với phần có điện áp Vớimục đích trên thiết bị được bao bọc bởi lưới kim loại hoặc các tấm kim loại mỏng Bảng điện chính đượccấu trúc để ngăn ngừa được khi có nước đổ từ trên cao theo phương thẳng đứng

Bảng điện chính được chia ra thành các panel Các panel cho các máy phát, các panel cho tải độnglực và các panel cho ánh sáng Trong các panel cho máy phát điện được đặt các khí cụ, thiết bị bảo vệmáy phát, các thiết bị kiểm tra do lường và điều khiển

Trong các panel phân phối năng lượng được lắp đặt các thiết bị đóng ngắt, các thiết bị bảo vệ lướiđiện phụ tải và các patomat đến cácphụ tải ít quan trọng mà có khả năng tự động được cắt ra nếu máyphát quá tải Panel điều khiển được đặt giữa các panel của các máy phát Panel này được đặt các thiết bịđiều khiển hòa đồng bộ, thiết bị kiểm tra điện trở cách điện, aptomat lấy điện bờ và aptomat phân đoạnthanh cái nếu có

4.3 PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG TRÊN TÀU THUỶ.

Cau 5.Nêu các phương pháp phân chia điện năng, ưu nhược điểm của các phương pháp ấy (20 đ)

4.3.1 Hệ thống phân chia điện năng theo hình khuyên

- Tất cả các bảng điện phụ đều được cấp nguồn đồng thời từ hai nguồn khác nhau theo hình vành khuyên.Bằng cách cấu trúc này sẽ giảm được sụt áp trên dây Trong các trường hợp ngắn mạch hay hỏng mộtđường cáp nào đó, đoạn cáp bị hỏng có thể loại ra nhờ các cầu dao 4 và điểm cần cấp điện vẫn được cấpđiện từ bảng điện chính theo hướng khác Loaị phân phói kiểu này tiết kiệm được dây dẫn, tăng độ tincậy

- Tuy nhiên hệ thống có nhược điểm là phức tạp, khi khai thác vận hành khó khăn, hệ thống thường đượcáp dụng trên các tàu quân sự hay các tàu vận tải lớn

Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống phân chia điện năng thao hình khuyên

1 Các máy phát ; 2 Bảng điện chính; 3 Các bảng điện phụ; 4 Các cầu dao; 5 Đường cáp chính;

27

6 Các đường cáp phụ ; 7 Các bảng điện hay các phụ tải lớn

1 4.3.2 Hệ thống phân chia theo hình tia đơn giản.

Cau 3 Phân chia điện năng trên tàu thuỷ theo hình tia đơn giản (20 đ)

Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống phân chia theo hình tia đơn giản

1.Phụ tải động lực

2.Phụ tải ánh sáng

- Đây là hệ thống mà tất các máy phát được cấp lên bảng điện chính và từ đó cung cấp tới các phụ tải trực tiếp bằng cáp

- Với kết cấu này , hệ thống chỉ được ứng dụng trên các tàu nhỏ

4.3.3 Hệ thống phân chia theo hình tia phức tạp.

Cau 4 Phân chia điện năng trên tàu thuỷ theo hình tia phức tạp (20 đ

Hình 4.3 Sơ đồ hệ thống phân chia theo hình tia phức tạp

1.Các nguồn điện được cấp trực tiếp từ bảng điện chính

2.Các bảng điện phụ cung cấp đến phụ tải

3.Các bảng điện phụ cung cấp đến nhóm phụ tải

4.Các phụ tải được cấp nguồn từ các bảng 3

5 Các phụ tải được cấp nguồn từ các bảng 2

- Thứ tự cấp nguồn kiểu này phụ tải nào cũng như nhau, phụ thuộc vào tình thế mà một số phụ tải lớn vànhỏ có thể được cấp nguồn trực tiếp từ bảng điện chính hoặc từ bảng điện phụ đến các nhóm phụ tải

28

+ Loại hệ thống này được bố trí trên các tàu trọng tải lớn, trên đội tàu buôn, vận tải, hình thức phân phốiphân chia theo tia phức tạp từ một bảng điện chính được ứng dụng rất phổ biến, xuất phát từ những ưuđiểm cơ bản là có thể điều khiển phân phối từ các bảng trung tâm.

4.3.4 Hệ thống thanh cái trong bảng điện chính.

- Tất cả các trạm phát điện, không phụ thuộc vào loại động cơ truyền động máy phát đều cung cấp nănglượng điện đến hệ thống thanh cái và từ hệ thống thanh cái mới phân đi các nơi Dựa trên sơ đồ trạm phátvới hệ thống thanh cái có thể phân ra các hệ thống thanh cái sau:

+ Trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn

+ Trạm phát với một hệ thống thanh cái

+ Trạm phát với một hệ thống thanh cái phân đoạn

- Các hệ thống thanh cái nêu trên đều có thể được ứng dụng trên trạm phát điện tầu thuỷ với mức độtự động hoá cao Tuy nhiên các thiết bị bảo vệ phải được lắp đúng vị trí để phòng mọi khả năng xảy

ra sự cố của hệ thống

Cau 6.Trạm phát với hệ thống thanh cái phân đoạn và không phân đoạn, giải thích (30 đ)

a/ Trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn

Trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn:

- Tính chất đặc trưng của hệ thống thanh cái không được chia ra thành các phân đoạn Các máy phát cungcấp năng lượng lên một hệ thanh cái và các phụ tải cũng được nối với hệ thanh cái đó thông qua các cầudao hay cầu chì Hệ thống này có những ưu nhược điểm quan trọng như không đảm bảo tính tin cậy vàtính cơ động trong vận hành Nếu bị ngắn mạch trên thanh cái hay trên phụ tải nào đó mà thiết bị bảo vệphụ tải đó không hoạt động sẽ dẫn đến cắt tất cả các máy phát và toàn bộ phụ tải bị mất điện Ngoài ra khisửa chữa và bảo dưỡng thanh cái cần phải cắt toàn bộ máy phát

- Nếu xảy ra ngắn mạch ở hình 2 sẽ cơ động hơn nhờ cuộn cảm 1, ví dụ nếu ngắn mạch ở đoạn thanh cái I lậptức các thiết bị bảo vệ ngắn mạch aptomat W1, W2 hoạt động ngắt máy phát F1 và F2 ra khỏi thanh cái Nếuđiểm ngắn mạch chưa bị loại trừ thì dòng ngắn mạch sẽ tiếp tục chạy đến 2 máy phát F3 và F4 Cường độdòng ngắn mạch nhỏ đi không phải chỉ do nguyên nhân máy phát F1 và F2 đã bị cắt mà còn do tác động củacuộn cảm 1 hạn chế Bảo vệ ngắn mạch trong trường hợp này được chọn sao cho với dòng ngắn mạch nàychạy trong mạch sau một thời gian nhất định aptomat W3 và W4 sẽ hoạt động ngắt tiếp máy phát F3 và F4.Nhưng nếu sau khi máy phát F1 và F2 được cắt khỏi thanh cái mà tiếp điểm ngắn mạch đã bị loại trừ thì hệthống tiếp tục công tác do máy phát F3 và F4 cấp nguồn

Hình 4.5.a Hình 4.5.b

- Hệ thống trên có nhược điểm cơ bản là gây ra tổn hao điện áp và công suất trên cuộn cảm khi có lượngcông suất truyền qua nó Ta có thể loại trừ nhược điểm trên bằng cách mắc cầu chì số 2 song song vớicuộn cảm (hình 4.5a) Nếu xảy ra ngắn mạch thì cầu chì 2 sẽ bị cắt ngay và cuộn cảm được đưa vào đểhạn chế dòng ngắn mạch

- Trường hợp sửa chữa thanh cái và các thiết bị khác đặt trong bảng điện chính mà có máy phát cảng như hình 4 thìhệ thống sẽ rất cơ động Hệ thống này sẽ hoạt động bình thường khi cầu dao O đóng Tuy nhiên hệ thống thanh cáinày không được gọi là phân đoạn Khi cần thiết phải sửa chữa thanh cái và các thiết bị trong bảng điện chính ở khuvực mà tất cả các máy phát chính cấp điện ta có thể cắt và cho nghỉ tất cả các máy chính bằng cách mở cầu dao O.Một số phụ tải cần thiết khi tầu đứng trong cảng phải hoạt động thì do máy phát cảng cấp nguồn

- Với mục đích dễ dàng tiếp xúc sửa chữa trạm phát điện có thể ứng dụng sơ đồ trạm phát như hình 5

- Nhóm máy phát I và II được đóng, cắt trên thanh cái nhờ cầu dao O Đôi khi xuất phát từ khả năng cắtcủa các áptomat trong hệ thống không phân đoạn các nhà thiết kế cho phép các máy phát công tác songsong chỉ trong giới hạn trễ Trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn bị hạn chế về tính cơđộng khi ngắn mạch và trong thời gian sửa chữa nên ngày càng được sử dụng ít hơn

b/ Trạm phát với một hệ thống thanh cái phân đoạn

- Phân đoạn thanh cái là chia thanh cái ra làm một số đoạn không phụ thuộc vào nhau mà trong đó mỗiphân đoạn được cấp nguồn độc lập Như vậy có thể loại trừ được một số nhược điểm của trạm phát củatrạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn

- Khi tiến hành sửa chữa hay thay thế ở phân đoạn thanh cái nào ta chỉ việc cắt nó ra khỏi các phần cònlại Các phần còn lại vẫn hoạt động bình thường

- Mức độ cơ động khi có ngắn mạch của thanh cái phân đoạn cao hơn so với thanh cái không phân đoạn.Mức độ cơ động cũng còn phụ thuộc vào phân đoạn thanh cái bằng cầu dao, cầu nối hay aptomat Nếuphân đoạn thanh cái bằng cầu dao hay cầu nối khi ngắn mạch cũng như thanh cái không phân đoạn, chỉkhác là sau khi ngắn mạch có thể nhanh chóng cho phân đoạn không bị hỏng hóc hoạt động lại ngay saukhi cắt cầu dao hay tháo cầu nối Nếu phân đoạn thanh cái bằng aptomat, khi bị ngắn mạch phân đoạnthanh cái hỏng sẽ được cắt ra tự động và phân đoạn còn lại vẫn tiếp tục hoạt động bình thường Do vậyphân đoạn thanh cái bằng áptomat là rất cần thiết

30

W4 W2

F

W3 W1

O O

a- Phân đoạn bằng cầu nối

W 4

W 2

W 3

W 1

Z

b- Phân đoạn bằng Aptomat

W4 W

2

W3 W

Chương 5 BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG TRÊN TẦU THUỶ

Cau 1.Ý nghĩa của việc bảo vệ cho trạm phát điện tàu thuỷ (15 đ)

- Việc bảo vệ cho trạm phát điện mang ý nghĩa rất quan trọng sau đây:

+ Tự động ngắt mạch những phần tử có sự cố, tách chúng ra khỏi các phần tử khác đang hoạt động bìnhthường Hình thức bảo vệ này có tác dụng ngăn ngừa những hậu quả tiếp theo có thể đưa đến ngắt mạchcác phần tử khác

+ Tự ngắt mạch một số phần tử thuộc hệ thống điện năng (ví dụ máy phát bị quá tải, tự động ngắtbớt phụ tải để giảm bớt dòng cho máy phát) và dự báo những chế độ công tác khác với chế độ côngtác định mức

Cau 2 Nêu yêu cầu của các phần tử bảo vệ của trạm phát điện (20 đ)

- Xuất phát từ tầm quan trọng và ý nghĩa của việc bảo vệ hệ thống, phần tử bảo vệ cần thoả mãn nhữngyêu cầu sau:

+ Bảo vệ phải có tính chất chọn lọc nghĩa là thiết bị bảo vệ chỉ ngắt mạch các phần tử hư hỏng, có sự cốthật, tính chất này sẽ đảm bảo độ tin cậy hoạt động liên tục của các phụ tải tiêu thụ

+ Bảo vệ phải có tính tác động nhanh, nhờ có tính chất này mà có thể hạn chế ảnh hưởng xấu đến các máyphát đang công tác song song, đến các phần tử khác, nâng cao tính ổn định động của máy phát và hệ thốngnăng lượng Muốn thế thời gian tác động của thiết bị bảo vệ phải không quá 0,1 0,5 giây Tất nhiên taphải hiểu rằng không phải lúc nào cũng hoạt động nhanh, ví dụ như: quá tải một thiết bị quan trọng chỉđược dự báo chứ không được ngắt mạch

+ Bảo vệ phải có độ tin cậy: Các thiết bị bảo vệ rất ít khi hoạt động vì khi xảy ra sự cố, song có khi sự cốliên tục cách nhau một vài giây, vài giờ, vài tháng, vài năm Tuy nhiên một khi xảy ra sự cố thì các thiết bịbảo vệ phải hoạt động được và đúng Do đó cấu tạo chúng phải hết sức đơn giản, tin cậy và dễ tháo lắp + Bảo vệ phải có độ nhạy: Đây là tính chất quan trọng để đảm bảo thiết bị phản ứng ngay với những hiệntượng hư hỏng, sự cố Độ nhạy của thiết bị bảo vệ được biển thị bằng hệ số nhạy cảm Kn

Ví dụ: thiết bị bảo vệ dòng cực đại thì:

Ing min là dòng ngắn mạch nhỏ nhất mà thiết bị bảo vệ hoạt động

Ihd là dòng hoạt động đã dược ghi trước trên bảng thông số của nó

- Những phần tử bảo vệ chính là rơle cầu chì và Aptômát

Cau 3 Các nguyên nhân ngắn mạch của trạm phát điện trên tàu thủy (15 đ)

- Do hư hỏng các chất cách điện của các phần tử dẫn điện trong các thiết bị dẫn điện khác nhau Có hiệntượng đó là do già hoá tự nhiên, sự quá áp, sự bảo dưỡng các thiết bị không đúng theo quy trình hoặc do

hư hỏng cơ khí

- Do hoạt động nhầm lẫn và vi phạm quy trình khi thác kỹ thuật

Cau 4 Trình bày các hậu quả của ngắn mạch trạm phát điện tàu thuỷ (15 đ)

- Tác động nhiệt của dòng ngắn mạch lớn, có thể gây đốt nóng các phần tử dẫn điện mà nó đi qua đếnnhiệt độ vượt quá nhiệt độ cho phép nhiều lần làm cho tiếp điểm của các khí cụ bị cháy, nếu như khí cụ

đó không được tính toán chịu được dòng ngắn mạch đó

- Dòng ngắn mạch lớn chạy qua sẽ làm xuất hiện lực tương hỗ rất lớn giữa các phần dẫn điện của hệthống điện năng Lực này sẽ làm hư hỏng các vật liệu cách điện, trụ đỡ, thanh cái

- Dòng ngắn mạch có thể gây ra sụt áp đột ngột rất lớn, làm xấu đi tính năng công tác của các phụ tải, đặcbiệt đối với động cơ có thể bị dừng dưới điện Điều đó hết sức nguy hiểm cho sự an toàn của con tàu

- Nếu dòng ngắn mạch kéo dài mà điểm ngắn mạch gần máy phát thì rất nguy hiểm, có thể gây cháy máyphát hay làm mất đồng hồ của các máy phát đang công tác song song

31

Kn = Ing min

Ihd