GIÁO TRÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ MÁY BÙ ĐỒNG BỘ

Nhiệm vụ: Khi máy phát điện làm việc, do tác dụng của dòng điện kích từ, dòng điện phần ứng và dòng điện xoáy, làm cho các phần tử kim loại, dây quấn của máy bị nóng.. Nhiệm vụ: - Cung c

ĐỒNG BỘ

§2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MFĐ

- Máy phát điện tua bin nước : Dùng trong nhà máy thủy điện và thuộc loại cực lồi

§2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MFĐ

2 Đặc điểm các loại máy phát

điện.

a Máy phát điện tua bin hơi : Có các đặc

điểm chính như sau:

- Máy phát có tốc độ quay lớn n = 3000V/P và có số cực 2p = 2

- Máy phát cực ẩn trục nằm ngang và có chiều dài lớn hơn đường kính

- Máy phát thường gắn cùng trục với tua bin hơi, máy phát kích từ hay bơm dầu chính của tua bin

- Hệ thống làm mát của máy phát thường là hệ thống làm mát không khí, khí hydrô, nitrô

§2.1 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MFĐ

2 Đặc điểm các loại máy phát

điện.

b Máy phát điện tua bin nước.

- Máy phát tua bin nước có tốc độ quay thấp thường từ (100 500)V/P và có số cực từ lớn (vài chục)

- Đường kính của máy phát lớn hơn chiều dài đủ để bố trí các cực từ lồi

- Máy phát thường có cuộn cản hoặc không có khi máy phát có công suất bé

- Trục máy phát thường đặt thẳng đứng và có 2 cách kết cấu:

+ Kiểu treo khi ổ đỡ ở trên rôto

+ Kiểu dù khi ổ đỡ ở dưới rôto

§2.2 HỆ THỐNG LÀM MÁT CỦA MFĐ

1 Nhiệm vụ và phân loại

a Nhiệm vụ:

Khi máy phát điện làm việc, do tác dụng của dòng điện kích từ, dòng điện phần ứng và dòng điện xoáy, làm cho các phần tử kim loại, dây quấn của máy bị nóng Hiện tượng này làm giảm khả năng phát công suất và tuổi thọ của máy phát Vì vậy làm mát máy phát nhằm tăng cường khả năng phát công suất của máy và tăng tuổi thọ của máy Hệ thống làm mát càng hiệu quả thì nhiệt lượng tỏa ra môi trường càng nhiều và máy càng có khả năng phát công suất lớn hơn

§2.2 HỆ THỐNG LÀM MÁT CỦA MFĐ

1 Nhiệm vụ và phân loại

b Phân loại:

- Hệ thống làm mát gián tiếp

- Hệ thống làm mát trực tiếp

§2.2 HỆ THỐNG LÀM MÁT CỦA MFĐ

2 Đặc điểm của các hệ

thống làm mát:

- Hệ thống làm mát gián tiếp: Môi chất làm lạnh thường sử dụng là không khí và được thổi qua khe hở của máy làm giảm nhiệt độ của lõi thép và dây quấn

+ Hiệu quả làm mát không cao

+ Aïp dụng đối với máy phát có công suất nhỏ

+ Các máy phát điện có công suất lớn hơn, người ta sử dụng hydrô là môi chất làm mát, hiệu quả làm mát cao hơn (gấp 1,44 lần so với không khí)

§2.2 HỆ THỐNG LÀM MÁT CỦA MFĐ

- Hệ thống làm mát trực tiếp : Môi chất làm mát chạy xuyên qua các dây dẫn rỗng và các lớp của lõi thép, thường dùng môi chất là nước, dầu hay hydrô

+ Hiệu quả làm mát cao hơn

+ Đối với môi chất làm mát là nước thường dễ gây ăn mòn hay tăng trở lực do cáu cặn,

vì vậy phải sử dụng nước sạch, nước tinh khiết

2 Đặc điểm của các hệ

thống làm mát:

§2.3 HỆ THỐNG KÍCH TỪ

1 Nhiệm vụ và các thông số cơ

bản.a Nhiệm vụ:

- Cung cấp dòng điện một chiều cho cuộn dây kích từ của máy phát điện đồng bộ, bảo đảm chế độ vận hành kinh tế với chất lượng điện năng cao

- Hệ thống kích từ có sử dụng thiết bị tự động điều chỉnh sẽ đảm bảo được chế độ vận hành ổn định của máy phát, nâng cao được giới hạn công suất truyền tải

§2.3 HỆ THỐNG KÍCH TỪ

1 Nhiệm vụ và các thông số cơ

bản b Các thông số cơ bản của hệ thổng

kích từ.

Điện áp định mức (U fđm ): Là điện áp đặt

vào cuộn dây kích từ trong chế độ làm việc lâu dài Với giá trị điện áp này, máy phát có điện áp đầu cực là UFđm

Điện áp kích từ giới hạn (U fgh ): Là điện áp

lớn nhất có thể tạo ra được của hệ thống kích từ Giá trị của Ufgh phụ thuộc vào loại máy phát điện:

+ Với máy phát tua bin hơi : Ufgh = 2Ufđm

+ Với máy phát tua bin nước : Ufgh = 1,8 Ufđm

+ Trong một số trường hợp do yêu cầu đảm bảo ổn định hệ thống, người ta chế tạo hệ thống kích từ với Ufgh = (3 4) Ufđm

§2.3 HỆ THỐNG KÍCH TỪ

1 Nhiệm vụ và các thông số cơ

bản.

Hằng số thời gian (T e ): Là đại lượng đặt

trưng cho tốc độ thay đổi dòng kích từ hay điện áp kích từ và được xác định bởi quán tính điện từ của cuộn dây điện cảm

Tốc độ tăng điện áp kích từ từ Ufđm đến Ufghtheo qui luật hàm mũ

b Các thông số cơ bản của hệ thổng kích từ.

Hình 2-1 Qui luật tăng điện áp kích từ

Ufđm

t

Ufgh

Uf

§2.3 HỆ THỐNG KÍCH TỪ

2 Phân loại và đặc điểm của hệ

thống kích từ.

a Phân loại: Hệ thống kích từ bao gồm:

- Hệ thống kích từ sử dụng máy phát điện một chiều

- Hệ thống kích từ sử dụng máy phát điện xoay chiều chỉnh lưu

- Hệ thống kích từ sử dụng chỉnh lưu có điều khiển

§2.3 HỆ THỐNG KÍCH TỪ

2 Phân loại và đặc điểm của hệ thống kích từ b Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều

C1 - Cuộn kích từ chính

của MFĐ một chiều

Cf - Cuộn kích từ máy phát điện đồng bộ

C2 , C3 - Cuộn kích từ phụ

của MFĐ một chiều

TĐK- Bộ tự động điều khiển kích từ

Điện trở điều chỉnh

dòng kích từ If

§2.3 HỆ THỐNG KÍCH TỪ

2 Phân loại và đặc điểm của hệ

thống kích từ.

- Nguyên lý hoạt động:

Ở chế độ làm việc bình thường C1 và Cflàm việc giữ cho điện áp đầu cực tương ứng với giá trị định mức

Khi có sự biến động của phụ tải làm dòng điện, điện áp máy phát đồng bộ thay đổi, khi đó cuộn dây C2 sẽ làm việc để tăng giảm kích từ của máy phát điện đồng bộ thông qua việc điều chỉnh điện áp máy phát điện một chiều

Khi có sự cố gần máy phát hay trên lưới, cuôn dây C3 sẽ làm việc cường hành kích thích cho máy phát để giữ điện áp đầu cực ổn định Lúc này điện áp của hệ thống kích từ là lớn nhất và có giá trị của điện áp kích từ giới hạn

b Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều

+ Dùng cho máy phát có công suất vừa và nhỏ.

b Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều

cảm ứng tần số cao.

Khi rôto quay, dòng điện phát ra có tần số phụ thuộc vào số răng (rãnh) của rôto : f = Z2.n.Với Z2 - Số răng của rôto và n - tốc độ quay rôto (V/P).

Hệ thống chỉnh lưu không điều chỉnh CL

c Hệ thống kích từ dùng máy phát xoay chiều chỉnh lưu.

- Nguyên lý hoạt động:

Cuộn dây kích từ của mfđ kích thích Ffđược nối tiếp với cuộn dây kích từ của máy phát đồng bộ Cf

Các cuộn kích từ phụ C2, C3 được cung cấp và điều chỉnh qua thiết bị TĐK với năng lượng nhận từ phía đầu cực của máy phát điện đồng bộ

Ở chế độ làm việc bình thường và quá tải thì các cuộn C1, C2 làm việc Khi có sự cố đầu cực máy phát hay trên lưới thì cuộn dây C3sẽ làm việc tăng nhanh điện áp kích từ cho F để giữ ổn định điện áp của máy phát

+ Thời gian tăng điều chỉnh nhanh hơn.

+ Thường được sử dụng với máy phát điện công suất tương đối lớn từ (200300)MW

+ Điện áp kích từ giới hạn nhỏ

c Hệ thống kích từ dùng máy phát xoay chiều chỉnh lưu.

TĐK

If

Dùng hệ thống chỉnh lưu thủy ngân hay thiết bị bán dẫn Thyristor Năng lượng cung cấp là nguồn xoay chiều 3 pha lấy từ biến áp tự dùng hay máy phát xoay chiều có tần số từ 50 500Hz

- Nguyên lý hoạt động:

Nguồn điện 3 pha qua hệ thống chỉnh lưu có điều khiển cung cấp trực tiếp cho cuộn dây kích từ của máy phát điện đồng bộ

Để điều chỉnh điện áp kích từ người ta điều chỉnh góc mở của Thyristor

Khi có sự cố đầu cực hay trên lưới thì thiết bị TĐK sẽ tác động thay đổi nhanh góc mở của Thyristor làm tăng nhanh điện áp của hệ thống kích từ Góc mở càng bé thì điện áp kích từ càng lớn và ngược lại

+ Công suất của hệ thống kích từ lớn

+ Hằng số thời gian nhỏ Te = 0,02 0,04 giây

+ Điện áp kích từ giới hạn lớn

+ Hệ thống kích từ loại này được dùng phổ biến trong các loại máy phát điện hiện nay

§2.3 HỆ THỐNG DIỆT TỪ

1 Nhiệm vụ và yêu cầu của thiết

bi diệt từ a Nhiệm vụ:

- Dùng để tiêu tán năng lượng từ trường của cuộn dây kích từ khi cắt trong quá trình vận hành

- Bảo vệ quá điện áp cho cách điện của rôto khi cắt kích từ đột ngột do sự cố trong và ngoài máy phát

UCf = 0,5.Uđm 0,7Uđm

- Điện áp cho phép xuất hiện trong mạch rôto thường có giới hạn trong khoảng từ 1000 2500V

§2.3 HỆ THỐNG DIỆT TỪ

2 Các phương pháp dập từ trong

máy phát điện.

DC

+ CT

R

CfF

BI

MC

CC

2 1RI

Thiết bị này chỉ gồm một điện trở công suất lớn để nối tắt mạch cuộn dây rôto

Ở chế độ làm việc bình thường, tiếp điểm 1 của công tắc tơ đóng, tiếp điểm 2 mở

Khi máy phát bị sự cố đồng thời với tín hiệu cắt máy cát cũng có tín hiệu đến cuộn dây của công tơ CT

trước, sau đó tiếp điểm

1 mở ra Như vậy mạch rôto luôn được khép kín

trường tiêu tán trên điện trở R

Trị số R phải lựa chọn phù hợp sao điện áp xuất hiện trong quá trình diệt từ nhỏ hơn điện áp cho phép và hằng số thời gian tắt dần Te

Thiết bị diệt từ dùng điện trở được áp dụng đối với máy phát công suất nhỏ, ứng với hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều

a Diệt từ dùng

điện trở:

§2.3 HỆ THỐNG DIỆT TỪ

2 Các phương pháp dập từ trong

máy phát điện b Diệt từ dùng buồng dập

DC

+ -

H

F

If

1 2

Hình 2-6 : Nguyên lý diệt từ dùng

Thiết bị diệt từ loại

này không dùng điện

trở nối tăút mạch rôto

mà dùng buồng dập

hồ quang đặt tại ví trí

các tiếp điểm đóng

cắt

Bộ phận chính của

buồng dập hồ quang

là các phím kim loại

đặt song song, cách

điện với nhau và các

cuộn dây tạo ra từ

trường mạnh trong khu

vực tia lửa

§2.3 HỆ THỐNG DIỆT TỪ

2 Các phương pháp dập từ trong

máy phát điện b Diệt từ dùng buồng dập

hồ quang:

Khi có tín hiệu diệt từ, tiếp điểm 1 mở ra trước, tiếp đó mở tiếp điểm trong buồng dập hồ quang Mạch kích thích bị cắt, hồ quang xuất hiện và bị đẩy vào buồng dập bởi từ trường của các cuộn dây

Ở đây hồ quang chia thành những đoạn ngắn, truyền nhiệt cho các miếng kim loại, nguội đi và bị dập tắt nhanh chóng

Khi dòng điện hồ quang giảm đi thì điện áp đầu cực máy kích thích không thay đổi và dòng điện hồ quang giảm về không thì điện áp này cũng giảm về không, kết thúc quá trình diệt từ

Điện áp hồ quang phải lựa chọn hợp lý để thời gian diệt từ nhanh và điện áp đầu cực máy kích thích bé

Thiết bị diệt từ dùng cuộn dập hồ quang có thời gian diệt từ bé hơn nhiều so với diệt từ bằng điện trở 4-6 lần, phương pháp này thường được dùng với máy phát có công suất lớn

§2.3 HỆ THỐNG DIỆT TỪ

2 Các phương pháp dập từ trong

máy phát điện b Diệt từ trong máy phát sử dụng

chỉnh lưu có điều khiển:

Trong trường hợp này diệt từ có thể thực hiện rất đơn giản bằng cách chuyển hệ thống chỉnh lưu sang làm việc ở chế độ ngược, nghĩa là tạo ra một điện áp kích thích ngược chiều với trị số cực đại Khi đó dòng điện trong mạch rôto sẽ giảm nhanh, quá trình diễn ra trong máy giống hệt khi dùng thiết bị dập tắt từ trường bằng buồng dập hồ quang

Khi dòng điện trong mạch đi qua trị số không, các chỉnh lưu tự động làm hở mạch

ĐIỆN 3

Nguyễn Văn Lân