Báo cáo Thực tập Tự động điều khiển - Máy điện đồng bộ

thÊy ®Æc tÝnh ngoµi phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña t¶i. NÕu t¶i cã tÝnh c¶m, khi I t¨ng ph¶n øng phÇn øng bÞ khö tõ, ®iÖn ¸p gi¶m nªn ®­êng ®Æc tÝnh ®i xuèng. NÕu t¶i cã tÝnh dung th× I t¨ng, ph¶n øng phÇn øng lµ trî tõ, ®iÖn ¸p t¨ng lªn nªn ®­êng ®Æc tÝnh ®i lªn. Khi t¶i lµm thuÇn trë th× ®­êng ®Æc tÝnh gÇn nh­ song song víi trôc hoµnh. d. §Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé §Æc tÝnh ®iÒu chØnh lµ quan hÖ : it = f(I) khi U = const, Cosj = const vµ f = f®m. Nã cho biÕt chiÒu h­íng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn it cña m¸y ph¸t sao cho ®iÖn ¸p U ë ®Çu cùc m¸y ph¸t lµ kh«ng ®æi. L I®m H×nh 1.15: §Æc tÝnh ®iÒu chØnh m¸y ph¸t ®ång bé I C R ito O it Ta thÊy víi t¶i c¶m, khi I t¨ng t¸c dông khö tõ cña ph¶n øng phÇn øng còng t¨ng nªn U bÞ gi¶m. §Ó gi÷ ®iÖn ¸p U kh«ng ®æi th× ta ph¶i t¨ng dßng ®iÖn kÝch tõ it. Ng­îc l¹i víi t¶i ®iÖn dung khi I t¨ng mµ muèn gi÷ U kh«ng ®æi th× ph¶i gi¶m dßng ®iÖn kÝch tõ it. Th«ng th­êng Cosj = 0,8 (thuÇn c¶m), th× tõ kh«ng t¶i (U=U®m, I=0) ®Õn t¶i ®Þnh møc (U = U®m, I = I®m ) th× ph¶i t¨ng dßng ®iÖn tõ ho¸ tõ 1,7 ®Õn 2,2 lÇn. e. §Æc tÝnh t¶i cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé §Æc tÝnh t¶i lµ quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t vµ dßng ®iÖn kÝch thÝch. U = f(it) khi I = Const, Cosj = const vµ f = f®m. Víi c¸c trÞ sè kh¸c nhau cña I vµ Cosj sÏ cã ®Æc tÝnh kh¸c nhau, trong ®ã cã ý nghÜa nhÊt lµ t¶i thuÇn c¶m øng víi Cosj = 0 (j = p/2) vµ I = I®m. §Ó x©y dùng ®­êng ®Æc tÝnh t¶i ta ph¶i ®iÒu chØnh rt vµ Z sao cho I = I®m, vµ d¹ng ®Æc tÝnh nµy ®­îc biÓu diÔn ë t¶i thuÇn c¶m lµ chñ yÕu. §­êng ®Æc tÝnh t¶i c¶m cã thÓ suy ra ®­îc tõ ®Æt tÝnh kh«ng t¶i vµ tam gi¸c ®iÖn kh¸ng. Tr­íc hÕt vÏ ®­êng ®Æc tÝnh kh«ng t¶i vµ ®Æc tÝnh ng¾n m¹ch råi thµnh lËp ®­îc tam gi¸c ®iÖn kh¸ng sau ®ã tÞnh tiÕn trªn ®­êng ®Æc tÝnh kh«ng t¶i ta vÏ ®­îc ®Æc tÝnh t¶i c¶m. H×nh 1.16: §Æc tÝnh t¶i khi t¶i thuÇn c¶m it U A' O' B' C' A B C O I®m I = f(it) U = f(it) E = f(it) I Ed Dùng ®­êng ®Æc tÝnh t¶i nh­ sau: f. Hä ®Æc tÝnh h×nh V m¸y ph¸t ®iÖn. Quan hÖ: I = f(it) khi P = const. ito it I B n A m H×nh 1.17: Hä ®Æc tÝnh h×nh V cña m¸y ph¸t ®ång bé ThiÕu kÝch thÝch Qu¸ kÝch thÝch Víi mçi gi¸ trÞ cña P = const, ta thay ®æi Q vµ vÏ ®å thÞ suÊt ®iÖn ®éng ta x¸c ®Þnh ®­îc ®Æc tÝnh h×nh V cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. Thay ®æi gi¸ trÞ cña P ta thµnh lËp ®­îc mét hä c¸c ®Æc tÝnh h×nh V nh­ sau Trªn h×nh, ®­êng Am ®i qua c¸c ®iÓm cùc tiÓu cña hä ®Æc tÝnh, t­¬ng øng víi Cosj = 1. Bªn ph¶i ®­êng Am øng víi t¶i c¶m (j > 0) lµ chÕ ®é lµm viÖc qu¸ kÝch thÝch, khu vùc bªn tr¸i Am øng víi t¶i cã tÝnh dung (j < 0) lµ chÕ ®é lµm viÖc thiÕu kÝch thÝch cña m¸y. §­êng Bn lµ giíi h¹n lµm viÖc æn ®Þnh khi m¸y ph¸t ë chÕ ®é thiÕu kÝch thÝch. 1.5. ChÕ ®é thuËn nghÞch cña m¸y ®iÖn, 3 chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y ®iÖn ®ång bé 3 pha. 1. ChÕ ®é m¸y ph¸t: ChÕ ®é m¸y ph¸t lµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi c¬ n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng, hay nãi c¸ch kh¸c lµ m¸y ®iÖn lµm viÖc ë tr­êng hîp P > 0 vµ Q > 0. Tøc lµ m¸y ph¸t ra c«ng suÊt t¸c dông cÊp cho t¶i thuÇn trë, vµ ph¸t ra c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÊp cho t¶i cã tÝnh c¶m. ë tr­êng hîp nµy cã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p: 0 = + R + jXd (1 - 11) Søc ®iÖn ®éng ë r«to lín h¬n ®iÖn ¸p ë ®Çu cùc m¸y ph¸t. Do ®ã m¸y ph¸t ra c«ng suÊt P > 0 vµ Q > 0 cho l­íi: Khi r«to quay sinh ra E0, nªn E0 còng quay. VËy chÕ ®é m¸y ph¸t th× E0 v­ît tr­íc U. Kh¶ n¨ng t¶i cña m¸y ph¸t khi lµm viÖc ë chÕ ®é qu¸ t¶i, dßng ®iÖn t¨ng, ®iÖn ¸p gi¶m. Lóc nµy m¸y ph¸t lµm viÖc ë tr¹ng th¸i qu¸ t¶i, mµ muèn cho ®iÖn ¸p kh«ng thay ®æi th× m¸y ph¸t lµm viÖc ë chÕ ®é kÝch tõ c­ìng bøc (qu¸ kÝch thÝch) ®Ó ph¸t ra c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cho l­íi. Khi m¸y ph¸t bÞ non t¶i th× dßng gi¶m, ®iÖn ¸p t¨ng vµ lín h¬n søc ®iÖn ®éng do phÇn øng sinh ra. Lóc nµy ®Ó cho ®iÖn ¸p kh«ng ®æi th× m¸y ph¸t ph¶i lµm viÖc ë chÕ ®é thiÕu kÝch thÝch ®Ó tiªu thô bít mét phÇn ®iÖn ¸p r¬i ë ®Çu cùc m¸y ph¸t. ë m¸y ph¸t ®iÖn c«ng suÊt ®iÖn tõ ®­îc chuyÓn tõ r«to sang stato b»ng c«ng suÊt c¬ ®­a vµo trõ c¸c tæn hao trong thÐp r«to vµ stato. 2. ChÕ ®é ®éng c¬: Nguyªn lý chung cña ®éng c¬ lµ biÕn ®æi c«ng suÊt ®iÖn thµnh c«ng suÊt c¬. ë chÕ nµy ta cung cÊp c«ng suÊt ®iÖn P = ui, d­íi t¸c dông cña tõ tr­êng ë cùc tõ sÏ sinh ra mét lùc ®iÖn tõ: F®t = Bil. C«ng suÊt ®iÖn ®­a vµo ®éng c¬: P = ui = ei = Bil . V = F®t . V. Nh­ vËy c«ng suÊt ®iÖn P® = ui ®­a vµo ®éng c¬ ®· biÕn thµnh c«ng suÊt c¬: Pc¬ = F®t . V trªn trôc ®éng c¬. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p ë chÕ ®é ®éng c¬. = - jXd - R (1 - 12) ë tr­êng hîp nµy ta xÐt cho ®éng c¬ ®ång bé, ®éng c¬ ®ång bé cã cÊu t¹o vµ ®Æc tÝnh còng gièng nh­ m¸y ph¸t. §éng c¬ ®ång bé lµm viÖc víi Cosj cao h¬n vµ Ýt hoÆc kh«ng tiªu thô c«ng suÊt ph¶n kh¸ng Q cña l­íi ®iÖn lµ nhê thay ®æi dßng ®iÖn tõ ho¸ (dßng kÝch tõ). Do ®ã ®éng c¬ cã thÓ ph¸t ra c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ®­a vµo l­íi ®iÖn. §éng c¬ ®ång bé kh¸c víi m¸y ph¸t ®ång bé lµ khi thiÕu kÝch thÝch ®éng c¬ tiªu thô c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cña l­íi ®iÖn (j > 0) vµ khi qu¸ kÝch thÝch ®éng c¬ ph¸t ra c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ®­a vµo l­íi (j < 0). V× vËy trong mét sè tr­êng hîp ng­êi ta sö dông chÕ ®é qu¸ kÝch thÝch cña ®éng c¬ ®Ó lµm m¸y bï. 3. ChÕ ®é m¸y bï ®éng c¬. M¸y bï ®ång bé thùc chÊt lµ mét ®éng c¬ ®ång bé lµm viÖc ë chÕ ®é kh«ng t¶i víi dßng kÝch tõ ®­îc ®iÒu chØnh ®Ó m¸y ph¸t ra hoÆc tiªu thô c«ng suÊt ph¶n kh¸ng do ®ã duy tr× ®­îc ®iÖn ¸p cña l­íi ®iÖn. ChÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng cña m¸y bï ®ång bé lµ chÕ ®é qu¸ kÝch thÝch cña ®éng c¬ ®ång bé ®Ó ph¸t ra c«ng suÊt ph¶n kh¸ng bï vµo l­íi ®iÖn. ë tr­êng hîp nµy m¸y bï nh­ mét tô bï hay cßn gäi lµ m¸y ph¸t c«ng suÊt ph¶n kh¸ng. Tr­êng hîp hé tiªu thô t¨ng t¶i th× dßng t¨ng, ¸p gi¶m th× m¸y bï lµm viÖc ë chÕ ®é qu¸ kÝch thÝch. Khi t¶i gi¶m, ®iÖn ¸p t¨ng, dßng gi¶m th× m¸y bï lµm viÖc ë chÕ ®é thiÕu kÝch thÝch ®Ó tiªu thô bít mét phÇn ®iÖn ¸p r¬i trªn ®­êng d©y lµm cho ®iÖn ¸p khái t¨ng qu¸ gi¸ trÞ ®Þnh møc. Ch­¬ng II C¸c s¬ ®å kÝch tõ cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé 2.1. Kh¸i niÖm chung HÖ thèng kÝch tõ cã nhiÖm vô cung cÊp dßng mét chiÒu cho c¸c cuén d©y kÝch thÝch cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. Nã ph¶i cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh b»ng tay hoÆc tù ®ång ®iÒu chØnh dßng kÝch thÝch ®Ó ®¶m b¶o m¸y ph¸t lµm viÖc æn ®Þnh kinh tÕ, víi chÊt l­îng ®iÖn n¨ng cao trong mäi t×nh huèng. Trong chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng, ®iÒu chØnh dßng kÝch tõ sÏ ®iÒu chØnh ®­îc ®iÖn ¸p ë ®Çu cùc m¸y ph¸t, thay ®æi l­îng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ph¸t vµo l­íi ®iÖn. ThiÕt bÞ tù ®éng ®iÒu chØnh kÝch tõ (T§K) lµm viÖc nh»m gi÷a ®iÖn ¸p m¸y ph¸t kh«ng ®æi khi phô t¶i biÕn ®éng. Ngoµi ra T§K cßn nh»m c¸c môc ®Ých kh¸c nh­ n©ng cao giíi h¹n c«ng suÊt truyÒn t¶i tõ m¸y ph¸t ®iÖn vµo hÖ thèng, ®Æc biÖt khi nhµ m¸y nèi víi hÖ thèng qua ®­êng d©y dµi, ®¶m b¶o æn ®Þnh tÜnh n©ng cao tÝnh æn ®Þnh ®éng cho hÖ thèng ®iÖn. Trong chÕ ®é sù cè th× hÖ thèng kÝch tõ lµm viÖc ë chÕ ®é c­ìng bøc ®Ó duy tr× ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t. §Ó cung cÊp tin cËy dßng mét chiÒu cho cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t ®ång bé, cÇn ph¶i cã mét hÖ thèng kÝch tõ c«ng suÊt ®ñ lín (th­êng dïng c¸c lo¹i m¸y ph¸t mét chiÒu, m¸y ph¸t xoay chiÒu tÇn sè cao vµ chØnh l­u...). Nh­ vËy mét hÖ thèng kÝch tõ lµm viÖc tin cËy ph¶i ®¶m b¶o ®­îc nh÷ng yÕu tè c¬ b¶n sau: 1. Cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh dßng kÝch tõ: it = Ut/rt ®Ó duy tr× ®iÖn ¸p m¸y ph¸t U trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc b×nh th­êng. 2. C­ìng bøc kÝch thÝch ®Ó gi÷ ®ång bé m¸y ph¸t víi l­íi khi ®iÖn ¸p l­íi h¹ thÊp do x¶y ra ng¾n m¹ch ë xa. Muèn vËy hÖ thèng kÝch tõ ph¶i cã kh¶ n¨ng t¨ng nhanh gÊp ®«i dßng kÝch tõ trong kho¶ng thêi gian t = 0,5s. Hay: Utm(0,5) - Ut®m = 2 Ut®m 3. Cã kh¶ n¨ng triÖt tõ tr­êng kÝch thÝch, nghÜa lµ gi¶m nhanh dßng ®iÖn kÝch thÝch it ®Õn 0 mµ ®iÖn ¸p kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp. 2.2. Ph©n lo¹i vµ ®Æc ®iÓm cña c¸c hÖ thèng kÝch tõ Ta cã thÓ chia hÖ thèng kÝch tõ thµnh 3 nhãm chÝnh: - HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu. - HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu vµ chØnh l­u. - HÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. 1. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu T§K R®c H×nh 2.1: S¬ ®å kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu f §Ó ®iÒu chØnh dßng kÝch tõ it ta ®iÒu chØnh b»ng tay ®iÖn trë R®c nh»m lµm thay ®æi dßng ®iÖn trong cuén d©y kÝch tõ chÝnh Wf. Dßng vµ ¸p trong c¸c cuén W2 vµ W3 thay ®æi nhê bé T§K, bé nµy nhËn tÝn hiÖu th«ng qua m¸y biÕn dßng BI vµ m¸y biÕn ®iÖn ¸p BU ë phÝa ®Çu cùc m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. Cuén W2 ®iÒu chØnh t­¬ng øng víi chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng, cßn cuén W3 lµm viÖc øng víi chÕ ®é kÝch thÝch c÷ng bøc khi cã sù cè. a. HÖ thèng kÝch tõ song song T§K R®c H×nh 2.2: S¬ ®å kÝch tõ song song Víi s¬ ®å nµy m¸y ph¸t kÝch tõ phô tù kÝch song song, dßng kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch (FKT) cã thÓ thay ®æi ®­îc nhê R®c cho phÐp ®iÒu chØnh b»ng tay dßng ®iÖn cuén d©y kÝch tõ WKT. Khi lµm viÖc dßng ®iÖn kÝch tõ thay ®æi lµ nhê bé tù ®éng ®iÒu chØnh kÝch tõ (T§K), bé phËn nµy nhËn tÝn hiÖu tõ ®Çu ra cña m¸y ph¸t ®iÖn qua bé biÕn dßng vµ biÕn ®iÖn ¸p ®o l­êng ®Ó thùc hiÖn mäi qu¸ tr×nh tù ®éng thay ®æi dßng kÝch tõ cho m¸y ph¸t. + ¦u ®iÓm: lµm viÖc tin cËy, ®¬n gi¶n, gi¸ thµnh thÊp nh­ng cã nh­îc ®iÓm lµ khi cÇn söa ch÷a m¸y kÝch thÝch th× ph¶i dõng m¸y ph¸t. ViÖc chÕ t¹o m¸y ph¸t mét chiÒu bÞ h¹n chÕ nªn chØ sö dông cho c¸c lo¹i m¸y ph¸t c«ng suÊt trung b×nh vµ nhá. T§K RKTF RKT H×nh 2.3: S¬ ®å kÝch tõ ®éc lËp F b. HÖ thèng kÝch tõ ®éc lËp HÖ thèng nµy dïng 2 m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu mét m¸y kÝch tõ phô vµ mét m¸y kÝch tõ chÝnh. M¸y ph¸t kÝch tõ phô tù kÝch song song, dßng kÝch tõ trong cuén WKT cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc nhê biÕn trë RKTf vµ RKT. Dßng vµ ¸p trong cuén WF cña m¸y ph¸t thay ®æi nhê bé T§K thay ®æi dßng vµ ¸p ®Æt lªn cuén WKTf, bé nµy nhËn tÝn hiÖu tõ ®Çu ra cña m¸y ph¸t th«ng qua bé ®o l­êng dïng bé biÕn dßng BI vµ ®iÖn ¸p BU. Khi thay ®æi dßng kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch phô th× thay ®æi dßng kÝch tõ m¸y kÝch thÝch dÉn ®Õn thay ®æi ®­îc dßng ®iÖn kÝch tõ cña m¸y ph¸t chÝnh. + ¦u ®iÓm: lµm viÖc tin cËy, ®é ®iÒu chØnh réng. + Nh­îc ®iÓm: kÕt cÊu phøc t¹p, gi¸ thµnh cao nªn chØ dïng cho c¸c m¸y ph¸t c«ng suÊt trung b×nh vµ nhá. 2. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t xoay chiÒu vµ chØnh l­u T§K H×nh 2.3: HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t xoay chiÒu tÇn sè cao vµ chØnh l­u w 3 w 2 w 1 cl F f bi bu F w f a. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t xoay chiÒu tÇn sè cao vµ chØnh l­u M¸y ph¸t xoay chiÒu tÇn sè cao ®­îc chÕ t¹o theo kiÓu c¶m øng. R«to kh«ng cã cuén d©y mµ chØ cã 10 r·nh trªn bÒ mÆt r«to.Cuén kÝch tõ ®Æt ë phÇn tÜnh, tõ th«ng thay ®æi ®­îc lµ nhê kÕt cÊu r¨ng r·nh. Dßng ®iÖn vµ tÇn sè cña m¸y kÝch tõ tÇn sè 500Hz ®­îc nèi trùc tiÕp qua chØnh l­u cÊp cho cuén d©y kÝch tõ chÝnh cña m¸y ph¸t. Cuén d©y kÝch tõ chÝnh WF ®­îc nèi víi t¶i cña nã lµ cuén d©y W1 cña m¸y xoay chiÒu tÇn sè cao vµ ®­îc nèi nèi tiÕp. C¸c cuén W2 vµ W3 ®­îc cung cÊp qua bé T§K, bé nµy nhËn tÝn hiÖu tõ ®Çu cùc cña m¸y ph¸t chÝnh. + ¦u ®iÓm: s¬ ®å nµy cã ­u ®iÓm h¬n hÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t mét chiÒu, th­êng ®­îc dïng cho nh÷ng m¸y cã c«ng suÊt lín. + Nh­îc ®iÓm: vÉn cßn tån t¹i vµnh tr­ît vµ chæi than ®Ó cung cÊp dßng mét chiÒu kÝch tõ cho r«to m¸y ph¸t ®ång bé. T§K PhÇn quay H×nh 2.4: HÖ thèng kÝch tõ kh«ng vµnh tr­ît b. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu kh«ng vµnh tr­ît. Víi hÖ thèng nµy ta nh»m môc ®Ých t¨ng c«ng suÊt kÝch tõ lín h¬n. Trong hÖ thèng ng­êi ta dïng mét m¸y ph¸t xoay chiÒu 3 pha quay cïng trôc víi m¸y ph¸t chÝnh lµm nguån cung cÊp. M¸y ph¸t kÝch tõ xoay chiÒu cã kÕt cÊu ®Æc biÖt, cuén kÝch tõ ®Æt ë stato, cßn cuén d©y ba pha ®Æt ë r«to. Dßng xoay chiÒu ba pha t¹o ra ë m¸y ph¸t kÝch ®uîc chØnh l­u thµnh mét chiÒu nhê bé chØnh l­u c«ng suÊt lín. Cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t chÝnh nhËn trùc tiÕp dßng mét chiÒu qua chØnh l­u kh«ng qua vµnh tr­ît vµ chæi than. §Ó cung cÊp dßng mét chiÒu cho cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch ng­êi ta dïng mét bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn mµ nguån cung cÊp cña nã cã thÓ lÊy tõ mét m¸y ph¸t xoay chiÒu tÇn sè cao hoÆc tõ mét nguån cô thÓ kh¸c. Bé T§K t¸c ®éng trùc tiÕp vµo bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. T§K nhËn tÝn hiÖu ë ®Çu cùc m¸y ph¸t qua bé BI vµ BU lµm thay ®æi dßng kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch dÉn ®Õn lµm thay ®æi dßng ®iÖn kÝch tõ cña m¸y ph¸t chÝnh. + ¦u ®iÓm: M¸y ph¸t kÝch tõ cã c«ng suÊt lín, ®iÖn ¸p kÝch tõ giíi h¹n lín, h»ng sè thêi gian ®iÒu chØnh kÝch tõ nhá. + Nh­îc ®iÓm: kÕt cÊu cña m¸y ph¸t ®iÖn chÝnh phøc t¹p dÉn ®Õn gi¸ thµnh cao. 3. HÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. T§K H×nh 2.5: S¬ ®å kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn §Ó cã ®iÖn ¸p kÝch tõ giíi h¹n lín th× tèc ®é t¨ng ®iÖn ¸p kÝch tõ cµng nhanh. Tøc lµ h»ng sè thêi gian cña hÖ thèng kÝch tõ nhá, h»ng sè nµy phô thuéc vµo tÝn hiÖu ra cña bé tù ®éng ®iÒu khiÓn kÝch tõ (T§K) vµ hÖ thèng kÝch tõ cô thÓ. V× vËy hÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn lµ hîp lý h¬n c¶, xung ®iÒu khiÓn nhê t¸c ®éng cña T§K, bé nµy nhËn tÝn hiÖu tõ ®Çu ra cña m¸y ph¸t vµ t¸c ®éng trùc tiÕp vµo ®iÖn ¸p kÝch tõ cña m¸y ph¸t. Víi s¬ ®å nµy dßng mét chiÒu ®­îc cung cÊp cho cuén kÝch tõ ®­îc nhËn tõ mét nguån tõ m¸y ph¸t xoay chiÒu hoÆc lÊy ®iÖn ¸p ra ë ®Çy cùc m¸y ph¸t qua chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. ChØnh l­u nµy ®­îc dïng b»ng c¸c Tiristo hoÆc chØnh l­u thuû ng©n cã cùc ®iÒu khiÓn cã c«ng suÊt lín. Xung ®iÒu khiÓn ®­îc nhËn trùc tiÕp tõ bé T§K, bé nµy lÊy tÝn hiÖu tõ ®Çu ra cña m¸y ph¸t ®Ó lµm thay ®æi dßng, ¸p kÝch tõ cña m¸y ph¸t. + ¦u ®iÓm: hÖ thèng kÝch tõ ®¬n gi¶n, ®iÒu khiÓn rÊt nhanh, lµm viÖc tin cËy nªn ®­îc ¸p dông réng r·i trong c¸c m¸y cã c«ng suÊt lín. 2.3. Mét sè s¬ ®å kÝch tõ cña m¸y ph¸t ®ång bé tù kÝch T­¬ng tù nh­ m¸y ph¸t mét chiÒu, m¸y ph¸t ®ång bé còng cã thÓ tù kÝch. Tr­êng hîp nµy cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ®ång bé ®­îc n¹p ®iÖn tõ phÇn øng cña m¸y ph¸t qua chØnh l­u. §Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh tù kÝch vµ æn ®Þnh ®iÖn ¸p ta dïng nguyªn t¾c khö hoÆc ho¹t ®éng theo nguyªn lý ®iÒu chØnh (gäi lµ bé ®iÒu chØnh phøc hîp pha). Khö ¶nh h­ëng cña t¶i lªn m¸y ph¸t b»ng c¸ch t¹o ra sù phô thuéc cña dßng kÝch tõ víi dßng t¶i c¶ vÒ gi¸ trÞ lÉn vÒ pha. Ta cã 2 ph­¬ng ph¸p t¹o ®iÖn ¸p n¹p cuén kÝch. H×nh 2.6: S¬ ®å d©y nèi m¸y ph¸t tù kÝch ë hÖ thèng khö dßng t¶i thùc hiÖn céng nèi tiÕp 1. Thùc hiÖn céng nèi tiÕp t¸c dông cña m¹ch ¸p vµ dßng råi qua chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn. 2. Thùc hiÖn céng song song t¸c dông cña m¹ch ¸p vµ dßng. H×nh 2.6: S¬ ®å d©y nèi m¸y ph¸t tù kÝch ë hÖ thèng khö dßng t¶i thùc hiÖn céng song song cã cuén c¶m Nh÷ng bé phËn chÝnh cña 2 s¬ ®å trªn D: cuén c¶m PP: bé biÕn dßng Cuén kh¸ng D ®Æt ë m¹ch ®iÖn ¸p cã nhiÖm vô lµ t¹o sù phô thuéc cña ®iÖn ¸p m¸y ph¸t víi gãc c«ng suÊt vµ sù gi¶m nhiÖt ®é cña cuén d©y lªn m¸y ph¸t. Tõ hai nguyªn lý tæng qu¸t trªn, ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh æn ®Þnh ®iÖn ¸p cho m¸y ph¸t ta cã thÓ sö dông mét sè hÖ thèng phøc hîp pha nh­ sau: a. HÖ thèng phøc hîp pha kh«ng ®iÒu chØnh. HÖ thèng nµy ®¬n gi¶n, tin cËy, thêi gian trë vÒ cña ®iÖn ¸p æn ®Þnh phô thuéc vµo c¸c th«ng sè cña m¸y. Dßng æn ®Þnh cña hÖ thèng ®­îc x¸c ®Þnh b»ng tæng trë m¹ch ngoµi, ®Æc tÝnh ng¾n m¹ch vµ c¸c th«ng sè cña m¹ch ®iÒu chØnh. b. HÖ thèng phøc hîp pha ®iÒu chØnh. HÖ thèng nµy t¨ng ®é chÝnh x¸c æn ®Þnh ®iÖn ¸p m¸y ph¸t, hÖ thèng ®­îc kÕt hîp c¶ 2 ph­¬ng ph¸p lµ khö vµ ®iÒu chØnh. Kh¸c víi hÖ thèng phøc hîp pha kh«ng ®iÒu chØnh lµ ph¶n ¶nh lªn sù thay ®æi nhiÖt ®é vµ tèc ®é. TÝn hiÖu t¹o ra ë kh©u phô nµy tû lÖ víi sai sè vµ ®­îc dÉn tíi bé phËn phøc hîp cã ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng theo h­íng lµm gi¶m sai sè. §é chÝnh x¸c cña hÖ thèng phô thuéc vµo tõng lo¹i hÖ thèng phô. c. HÖ thèng cã ®iÒu chØnh (m¾c song song) HÖ thèng nµy chØ cã ph¶n håi ®iÖn ¸p cña phÇn øng. B»ng c¸ch gi¶i quyÕt nµy ta ®· ®¬n gi¶n ®i rÊt nhiÒu nªn hÖ thèng cã kÝch th­íc vµ träng l­îng nhá h¬n nhiÒu so víi bé phøc hîp pha. 2.4. §iÒu kiÖn tù kÝch cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. §iÒu kiÖn tù kÝch cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé lµ : cã l­îng tõ d­ ®ñ lín trong c¸c cùc tõ ®Ó khi r«to quay t¹o ra søc ®iÖn ®éng Ed­ trong d©y quÊn phÇn øng. NÕu m¸y míi sö dông lÇn ®Çu hoÆc mÊt tõ d­ th× ph¶i dïng nguån ngoµi (¾c quy...) ®Ó kÝch tõ l¹i. Dßng kÝch tõ ph¶i t¹o ra tõ tr­êng cïng chiÒu víi tõ d­ trong m¸y. NÕu tõ tr­êng do dßng kÝch tõ t¹o ra ng­îc chiÒu víi tõ tr­êng do tõ d­ sinh ra th× sÏ bÞ khö tõ d­ vµ m¸y ph¸t sÏ kh«ng thÓ thµnh lËp ®­îc ®iÖn ¸p ë ®Çu cùc. Cã ®iÖn trë m¹nh kÝch tõ nhá ®Î ®¶m b¶o cho sù gia t¨ng cña dßng kÝch tõ. Lµm cho tõ tr­êng t¨ng lªn trong qu¸ tr×nh tù kÝch cho ®Õn khi ®¹t ®­îc ®iÖn ¸p ra æn ®Þnh. Nh»m c¶i thiÖn ®iÒu kiÖn tù kÝch ng­êi ta dïng hai ph­¬ng ph¸p sau: a. Dïng miÕng ®Öm b»ng nam ch©m vÜnh cöu t¹i c¸c cùc tõ. b. T¨ng dßng kÝch tõ b»ng céng h­ëng, ta m¾c nèi tiÕp c¸c tô ®iÖn vµ c¸c cuén kh¸ng. §Ó ®¶m b¶o cho qu¸ tr×nh tù kÝch th×: Xc ³ XS vµ tÇn sè céng h­ëng ®­îc chän tõ 85% ®Õn 90% tÇn sè ®Þnh møc cña m¸y. Trong hÖ thèng phøc hîp pha cã ®iÒu chØnh th× kh«ng nªn dïng tô bëi v× lóc nµy tô ®iÖn cã ¶nh h­ëng ®Õn bé tù ®éng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p (T§K) cña hÖ thèng. Ngoµi nh÷ng biÖn ph¸p trªn, ®Ó cho qu¸ tr×nh tù kÝch ®­îc dÔ dµng ng­êi ta cßn sö dông: + Sö dông m¹ch phô n¹p tõ c¸c cùc cña m¸y ph¸t, m¹ch nµy sÏ tù ®éng ng¾t ra khi qu¸ tr×nh tù kÝch ®· kÕt thóc. + M¾c song song c¸c phÇn tö cã trong m¹ch ®iÖn ¸p mét ®iÖn trë nhá. + Dïng mét nguån ngoµi (¾c quy hoÆc m¸y ph¸t tèc) trong qu¸ tr×nh tù kÝch. ch­¬ng III ThiÕt kÕ tÝnh to¸n mét ph­¬ng ¸n 3.1. TÝnh to¸n m¹ch ®éng lùc: 1. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¸y ph¸t: Sè liÖu ban ®Çu: M¸y ph¸t chÝnh F cã: S = 200KVA, U®m = 400V, f = 50Hz. Cuén kÝch tõ cã: UKT = 60V; iKT = 56A M¸y ph¸t kÝch FK cã: UK = 60V; I = 60A Cuén d©y kÝch tõ phô CKFK cã: r = 100W iKT = 0,56A R¬ le ®iÖn ¸p RL cã: Hót ë 280V nh¶ ë 140V Khi cã thªm ®iÖn trë R = 56KW th×: Hót ë 300 x 1,7 Nh¶ ë 180 x 1,7 - Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña m¸y ph¸t chÝnh: I®m = S®m = 200 . 103 = 288,7(A) U®m . 400 - §iÖn ¸p pha ®Þnh møc m¸y ph¸t chÝnh If®m = U®m = 400 = 230,9(A) - §iÖn ¸p ®Þnh møc cña m¸y ph¸t kÝch: U®mFK = 60(V) - C«ng suÊt ®Þnh møc cña m¸y ph¸t kÝch P = U®mFK . I®m = 60 x 60 = 3,6(KW) - §iÖn ¸p ®Þnh møc cña cuén d©y kÝch tõ m¸y ph¸t kÝch UKT®mFK = i®m . rKT = 0,56 x 100 = 56(V) rkt = 100 W Uf®m = 231 V Ud Xl th id = 0,56 A H×nh 3.1: S¬ ®å m¹ch lùc 2. TÝnh chän van cho m¹ch lùc: a. TÝnh chän Tiristo (Th): §iÖn ¸p t¶i sau chØnh l­u chÝnh lµ ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña cuén d©y kÝch tõ m¸y ph¸t kÝch: Ud = UKT®mFK = 56(V) §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt van ph¶i chÞu lµ: Ungmax = Uf®m = . 231 = 326(V) - Dßng ®iÖn lµm viÖc cña Th chÝnh lµ dßng ®Þnh møc qua cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch. ILVth = id = 0,56(A) §Ó cho Th lµm viÖc an toµn khái bÞ ®¸nh thñng ta ph¶i chän hÖ sè dù tr÷: §èi víi ®iÖn ¸p ta nªn chän: Ku = 1,6 §èi víi dßng ®iÖn: khi lµm viÖc cã c¸nh t¶n nhiÖt víi ®Çy ®ñ diÖn tÝch bÒ mÆt nªn chän dßng lµm viÖc b»ng 40% dßng ®iÖn ®Þnh møc van (I®mv³ 2,5Ilv). VËy ta chän Th chÞu ®­îc ®iÖn ¸p ng­îc vµ dßng ®iÖn: U'ngmax = Ungmax . Ku = 326 x 1,6 = 522(V) I®mth = 2,5 . ILVth = 2,5 x 0,56 = 1,4(A) C¨n cø vµo 2 gi¸ trÞ trªn ta chän Th do h·ng Thomson s¶n xuÊt lo¹i BKY54 - 600T cã c¸c th«ng sè: I®m = 2(A) Ungmax = 600(V) Ug = 1,5(V) Ig = 10(mA) di/dt = 200(A/ms) du/dt = 100(V/ms) DUth = 0,7(V) b. TÝnh chän m¹ch cÊp xung ®iÒu khiÓn: R2 R0 Ug = 1,5 V D6 Ig th M¹ch t¹o xung måi ban ®Çu cã t¸c dông t¹o mét xung ®iÖn ¸p vµ dßng t¸c ®éng vµo cùc ®iÒu khiÓn cña Th, kÝch Th më vµ cÊp dßng ®iÖn kÝch tõ cho m¸y ph¸t kÝch. §Ó ®¶m b¶o Ig = 10(mA) vµ Ug = 1,5(V) th× ta ph¶i chän dßng ®iÖn qua R0 ph¶i lín h¬n gÊp nhiÒu lÇn dßng Ig, ®Ó khi cÊp dßng Ig cho Th th× kh«ng lµm ¶nh h­ëng ®Õn tr¹ng th¸i cña Tr3. VËy ta chän: IR0 = 14. Ig = 14 . 10 = 140(mA) Ta cã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p nh­ sau: Ug = Ig . R2 + DUD6 + IR0 . R0 (3- 1) Lý t­ëng ta chän DUD6 = 0,6(V) §Ó tÝnh ®­îc R2 ta chän R0 VËy chän R0 = 5(W) Tõ (4 - 1) suy ra: R2 = R2 = = 20(W) + Chän §i«t D6: Dßng lµm viÖc cña D6 chÝnh lµ dßng Ig. ID6 = Ig = 10(mA) Víi chØnh l­u 1/2 chu kú th× D6 ph¶i chÞu ®iÖn ¸p ng­îc lµ: UngmaxD = . Ug = . 1,5 = 2,12(V) Ngoµi ra ®Ó ®i«t lµm viÖc an toµn vµ kh«ng bÞ ®¸nh thñng th× ta ph¶i chän hÖ sè dù tr÷ vÒ dßng vµ ¸p cho van. Theo tµi liÖu tham kh¶o 3 ta chän nh­ sau: §èi víi ®iÖn ¸p: KU = 1,6 §èi víi dßng ®iÖn: KI = 1,2 VËy ta chän ®i«t chÞu ®­îc dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ng­îc nh­ sau: U'ngmaxD = KU . Ungmax = 1,6 x 2,12 = 3,4(V) I®mD = KI . ILV = 1,2 x 10 = 12(mA) C¨n cø vµo c¸c th«ng sè trªn ta chän ®i«t cã lo¹i Iд9B do Nga s¶n xuÊt cã c¸c th«ng sè sau: I®m = 20(mA) UN = 30(V) DU = 1(V) R16 Uf®m = 220 V Zd1 Zd2 D5 c. TÝnh nguån cung cÊp cho m¹ch ph¸t xung: Víi lo¹i ®i«t Zener th× lo¹i cã ®iÖn ¸p æn Uæn = 8(V) lµ ­u viÖt nhÊt. VËy ta chän lo¹i ®i«t Zener do Nga s¶n xuÊt, ký hiÖu д814B cã: UZ = 8 ¸ 9,5(V) Imin = 2(mA) Imax = 32(mA) Theo s¬ ®å ta dïng 2 zener m¾c nèi tiÕp nªn ta cã: Uæn = 16(V) + Chän ®i«t chØnh l­u D5. Dßng ®iÖn lµm viÖc cña ®i«t chÝnh lµ dßng ®iÖn lín nhÊt: ID = Imax = 32(mA) V× s¬ ®å chØnh l­u 1/2 chu kú nªn van ph¶i chÞu ®iÖn ¸p ng­îc lµ: Ungmax = . Uæn = . 16 = 22,6(V) T­¬ng tù ®Ó van lµm viÖc an toµn vµ kh«ng bÞ ®¸nh thñng th× ta chän hÖ sè dù tr÷ cho van. Chän KU = 1,6 ë ®©y ta cho van lµm viÖc cã c¸nh t¶n nhiÖt ®Çy ®ñ diÖn tÝch bÒ mÆt, cã qu¹t th«ng giã nªn ta ®­îc phÐp chän: I®mv = 2.5 ID, tøc lµ cho phÐp van lµm viÖc tíi 40% I®mv. VËy ta ph¶i chän ®i«t cã dßng ®Þnh møc vµ chÞu ®­îc ®iÖn ¸p ng­îc nh­ sau: I®mD5 = 2,5Ilv = 2,5 . 32 = 80(mA) U'ngmaxD5 = KU . Ungmax = 1,6 . 22,6 = 36,2(V) VËy tra b¶ng 4 tµi liÖu tham kh¶o 3 ta chän ®i«t KYZ70 cã: Ung = 50(V) IDmax = 2(A) + TÝnh ®iÖn trë R16 §Ó ®¶m b¶o cho nguån cã Uæn = 16(V) th× ta chän nguån khi ch­a cã ®i«t æn ¸p ZD1 vµ ZD2 lµ: U = 20(V) = VBB nh»m ®¶m b¶o cho sù sôt ¸p trªn ®iÖn trë R16 vµ ®i«t D5. VËy ta cã ph­¬ng tr×nh: UR16 = Ul­íi - DUD5 - VBB UR16 = 220 - 0,6 - 20 = 199,4(V) Suy ra: R16 = = 6,2(KW) 3.2. TÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn 1. TÝnh m¹ch t¹o xung khi r¬le ®iÖn ¸p RL hót §Ó tÝnh to¸n chän c¸c linh kiÖn trong m¹ch tao xung ta dùa vµo dßng ®iÖn xung, ®iÖn ¸p xung cÇn më Tiristo vµ ®iÖn ¸p nguån nu«i (E). Víi tÝnh to¸n ë trªn ta ®­îc E = 16(V) R4 R3 Ro R5 E = 16 v C2 Tr1 Tr2 Tr3 ig H×nh 3.3: Bé t¹o xung a. Chän Tr3, Tr2: + ViÖc hän Tr3 b¾t ®Çu tõ dßng emit¬ IETr3 Theo (4 - 2) ®· tÝnh IR0 = 140(mA) Suy ra IETr3 = Ig + IR0 = 10 + 140 = 150(mA) Ngoµi ra trong viÖc chän Tranzito, ®Ó ®¶m b¶o cho Tranzito lµm viÖc an toµn th× UCE0 lóc hë m¹nh n»m trong kho¶ng (1,5 ¸ 2)E cña nguån nu«i. VËy ta chän Tr3 lo¹i NhËt B¶n chÕ t¹o, ký hiÖu: 2SC182 - SN cã c¸c th«ng sè sau: UCB0 = 25(V) UEB0 = 5(V) IC = 150(mA) b = 55: hÖ sè khuyÕch ®¹i + Chän Tranzito (Tr2): §Ó chän Tr2 ta dùa vµo th«ng sè cña Tr3 vµ ph¶i ®¶m b¶o. ICTr2 = IBTr3 UCB0Tr2 = UCB0Tr3 Mµ theo th«ng sè cña Tr3 ta cã: IBTr3 = = 2,7(mA) VËy: ICTr2 = IBTr3 = 2,7(mA) UCB0Tr2 = UCB0Tr3 = 25(V) Nªn ta chän Tr3 lo¹i 2SA243 - GP, do NhËt B¶n chÕ t¹o lµm viÖc ë chÕ ®é xung, cã c¸c th«ng sè nh­ sau: UCB0 = 25(V) UEB0 = 0,4(V) IC = 5(mA) b = 20 TÝnh dßng ®iÖn trªn c¸c cùc cña Tranzito (Tr2) IBTr2 = = 0,25(mA) IETr2 = (1 + b) IBTr2 = (1 + 20) . 0,25 = 5,25 (mA) b. TÝnh c¸c ®iÖn trë ph©n ¸p R3 vµ R4. §Ó tÝnh c¸c ®iÖn trë R3 vµ R4 ta ph¶i dùa vµo c¸c th«ng sè cña Tr2 vµ Tr3 ®· chän. Theo tµi liÖu tham kh¶o 3 cã thÓ ¸p dông c«ng thøc gÇn ®óng sau: R3 = (bTr2 + 1)(Rt® + R0)(h.E + DUTr2) h(bTr3 . bTr2 - 1)DUt® Trong ®ã: h = 0,5 ¸ 0,85: hÖ sè cÊu tróc. Chän: h = 0,85 bTr2 = 55 bTr3 = 20 Rt® = RBETr2// RBETr3 = 10 ¸ 12 ë ®©y ta chän Rt® = 11(W): ®iÖn trë t­¬ng ®­¬ng DUt® = DUBETr2 + DUCETr3 = Víi: DUBETr2 = DUCETr3 = Nh­ vËy ta cã: DUt® = 0,5(V) R3 = = 26,66(W) VËy ta chän R3 = 27(W) + TÝnh ®iÖn trë R4 R4 = = 153 (W) Theo s¬ ®å h×nh 4 - 3 ta coi dßng IR3 » IR4 Nªn ta suy ra: IR3 = Mµ UB = DUCETr3 + Ug = 0,3 + 1,5 = 1,8(V) VËy: IR3 = IR4 12(mA) c. TÝnh chän tô ®iÖn C2. Tô C2 cã nhiÖm vô n¹p vµ phãng cho dßng ch¶y qua bé khuyÕch ®¹i vµ t¹o ra mét xung ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trªn R0 cÊp trùc tiÕp vµo cùc ®iÒu khiÓn cña Tiristo. Khi r¬le ®iÖn ¸p RL t¸c ®éng hót tiÕp ®iÓm RL2 vµ nh¶ tiÕp ®iÓm RL1 th× tô C2 ®­îc n¹p qua R5 vµ ®iÖn trë ®éng cña Tr1, khi ®iÖn ¸p Uc = Umë th× tô C2 phãng. Um = hE + DUTr2 Um = 0,85 . 16 + 0,3 = 14(V) Khi ®iÖn ¸p UC = UD th× tô tiÕp tôc n¹p vµ chuÈn bÞ cho lÇn phãng tiÕp theo. Víi UD = 0,5(V) lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn cùc emit¬ Tr1 khi ë tr¹ng th¸i më. §Ó tÝnh tô C2 ta dùa vµo h»ng sè thêi gian n¹p tô: tn¹p= (R5 + R®Tr1)C2 Trong ®ã: tn¹p = . a, víi a lµ gãc më cña Th, ta chän t¶i ®iÒu chØnh víi gãc më lµ: a = 300 ¸ 1200. Vµ ta cã: T = = 0,02(s) T: lµ h»ng sè thêi gian 1 chu kú cña ®iÖn ¸p d. Chän Tranzito (Tr1) §Ó Tranzito (Tr1) lµm viÖc an toµn ta ph¶i chän Tranzito cã: IETr1 = IETr2 = 5,25(mA) VËy ta chän Tr1 lo¹i 2SA442 - GP do NhËt B¶n chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè sau: UCB0 = 20(V) UCE0 = 20(V) IC = 5(mA) b = 25 + X¸c ®Þnh dßng ®iÖn trªn c¸c cùc cña Tr1 IBTr1 = = 0,2(mA)