Đồ án Sơ lượt về đặc điểm địa lý tự nhiên kế hoạch phát triển thủy điện trong lưu vực sông Sê San

tiếp tục làm việc. Tại thời điểm q = 60o + a (60o sau khi van3 được mở) tín hiệu điều khiển mở van được đưa đến van 4 và dòng điện được chuyển từ van 2 sang van 4 sau đó các van 3 và 4 tiếp tục làm việc. Sau 60o tiếp theo tín hiệu điều khiển mở van được đưa đến van 5 v.v..Quá trình chuyển van được lặp lại đều đặn theo chu trình 60o. Tương ứng với số lượng van làm việc trong một chu trình lặp lại, chế độ này có tên gọi là chế độ 2-3. Hãy khảo sát chi tiết hơn với quá trình chuyển van. Đối với thời đoạn khi các van 1, 2 và 3 làm việc từ (4.8) và (4.10) ta có i1 + i3 = Id ; i2 = Id , từ đó : (17) Khi ấy ta có : (18) trong đó : UdK trị số tức thời của điện áp chỉnh lưu trong quá trình chuyển van. Từ hai phương trình đầu trong (18) ta có : ta lại có và nên hoặc thay giá trị e6 từ (4) ta nhận được : từ đó : (19) Lấy tích phân (19) ta có : (20) Trong đó: A là hằng số tích phân được xác định từ điều kiện biên khi q = a Vì trong mạch có điện cảm nên dòng điện khi chuyển mạch van1 không thể đột biến, nghĩa là tại q = a ; i1 = Id. Khi ấy hằng số tích phân A có thể xác định từ điều kiện : Từ đó : Thay A vào (20) ta có phương trình dòng điện qua van sắp khoá : (21) Với van sắp làm việc ta có : i3 = Id – i1 hay là : (22) Sự thay đổi dòng điện i1 và i3 trong quá trình chuyển van tương ứng với các biểu thức (21) và (22) trình bày trên hình (2.33). Khi q = a + g quá trình chuyển mạch kết thúc, dòng qua van 1 bằng không, còn dòng qua van3 đạt trị số dòng làm việc Id. Thay vào (22) trị số hiện tại của i3 ta có : (23) Sau các phép biến đổi lượng giác ta được : (24) Với dòng điện I đã cho có thể xác định góc chuyển van g từ biểu thức (23) (25) Khi a không đổi, tăng trị số Id kéo theo tăng góc chuyển van g làm cho điện áp trên thanh góp của bộ chỉnh lưu giảm xuống. Khi tăng khoảng cách giữa nguồn điện và bộ chỉnh lưu góc chuyển van cũng tăng theo. Quan hệ giữa góc chuyển van g và dòng điện Id ở các giá trị XK và Em cho trước trình bày trên hình 2.35. Điện áp chỉnh lưu Ud trong quá trình chuyển van đối với chế độ 2-3 được xác định từ 2 phương trình đầu trong hệ (18), lưu ý rằng đạo hàm của dòng điện trong 2 van đang chuyển mạch có dấu ngược nhau. (26) 0 15 30 45 60 Id1 Id3 a = 30o a = 0 Id g Hình 2.35 : Quan hệ giữa góc chuyển van và dòng điện phụ tải Thay vào đây trị số s.đ.đ. từ bảng 2.3 ta có : (27) eB eC Udk Hình 2.36 : Đồ thị véctơ điện áp trong quá trình chuyển van Trị số tức thời của điện áp UdK biểu diễn trên hình 2.33. Đồ thị véctơ điện áp tương ứng với chế độ này trình bày trên hình 2.36. Từ (27) và hình (2.36) ta có : (28) Trị số trung bình của điện áp chỉnh lưu : thay các trị số e1 và UdK vào ta có : Sau khi lấy tích phân và biến đổi nhận được : (29) Biến đổi biểu thức này ta có : (30) Thay giá trị của theo biểu thức (25) vào (29) ta có : (31) Biểu thức (31) là phương trình đặc tính ngoài của bộ chỉnh lưu cầu đơn trong chế độ 2-3, có thể thấy điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu phụ thuộc không những vào góc điều khiển a mà còn vào dòng làm việc của bộ chỉnh lưu. Trên hình 2.37 biểu diễn ảnh hưởng của góc chuyển van đến trị số tức thời và trung bình của điện áp chỉnh lưu. Đặc tính ngoài của bộ chỉnh lưu trong chế độ 2-3 trình bày trên hình 2.38a tương ứng với sơ đồ thay thế trên hình 2.38b (theo phương trình 31). Điện áp trên các van không làm việc 4, 5, 6 được xác định theo (18). Điện áp trên van 4 : Ud Ud 0 0 θ α α α=15 θ=30 α=15o θ=30o θ γ γ Hình 2.37 : Ảnh hưởng của góc chuyển van g lên điện áp chỉnh lưu Ud Ud Udo DUR a1 < a2 < a3 a1 = 0 a3 0 Id Ud Udocosa RCL a) b) Hình 2.38 : Đặc tính ngoài (a) và sơ đồ thay thế của bộ chỉnh lưu (b) ở chế độ 2-3. hay là : Từ (19) ta có : vì vậy : (32) Điện áp trên van 5 : Thay vào đây các giá trị tương ứng của , e4 và U4 ta được : (33) Điện áp trên van 6 : Thay vào đây giá trị : và chú ý rằng e6 + e3 = 0 nhận được (34) Như vậy trong thời đoạn chuyển van điện áp trên tất cả các van không làm việc đều bằng nhau và bằng trị số âm của điện áp chỉnh lưu tại thời đoạn này. Điều này cũng nghiệm đúng cho bất kì cặp van đang chuyển mạch nào và trong điện áp ngược đặt lên van xuất hiện một mảng cắt làm biến dạng sóng điện áp. Điện áp ngược của một trong số các van ở chế độ 2-3 trình bày trên hình 2.39. Tại thời điểm q = a + g van 1 bị khoá, hai van 2 và 3 tiếp tục làm việc. Thời đoạn này kéo dài trong khoảng : a + g £ q £ Tại thời điểm q = xung điều khiển được đưa đến van4 và dòng điện bắt đầu chuyển từ van 2 sang van 4. Sau đó 60o, tín hiệu điều khiển được đưa đến van 5 v.v..., tín hiệu điều khiển được phát đi liên tục sau mỗi thời đoạn 60o (hình 2.39). Đối với thời đoạn khi hai van 2 và 3 làm việc, ta có các phương trình sau (35) Điện áp trên van 1 kết thúc làm việc ở thời đoạn này được xác định từ phương trình (35). θ U1 eC eA eB θ θ θ θ 1 2 3 4 5 6 1 2 6 2 4 6 1 3 5 1 Tín hiệu điều khiển ivan Ud e1 e2 e3 e4 e5 e6 Hình 2.39 : Đồ thị thời gian của chế độ 2-3. Hay là : Khi quá trình chuyển mạch kết thúc, trên van 1 sẽ có điện áp ngược : (36) Điện áp trên các van không làm việc khác : (37) Tại thời đoạn khảo sát tất cả các điện áp này đều có trị số âm. Tương tự như vậy có thể viết phương trình của dòng và áp cho các tổ hợp khác của các van làm việc trong suốt cả chu kì. Dạng của dòng điện pha B trình bày trên hình 2.40. Phương trình của dòng điện pha B cho các thời đoạn khác nhau trong một chu kì trình bày trong bảng 2.5. eB eB 0 60 120 180 240 300 360 q eB 0 60 120 180 240 300 360 q 3 6 a g Hình 2.40 : Dòng điện pha B trong chế độ 2-3. Bảng 2.5 Thời điểm bắt đầu Thời điểm kết thúc Phương trình dòng điện pha B 0 a 0 a a + g a + g 120o + a -Id 120o + a 120o + a + g -Id + 120o + a + g 180o + a 0 180o + a 180o + a + g 180o + a + g 300o + a Id 300o + a 300o + a + g Id - 300o + a + g 360o 0 Trị số hiệu dụng của dòng điện pha khi có xét đến góc chuyển van được xác định theo biểu thức sau : (38) Chế độ quá tải (chế độ 3) : Trên đây đã nói rằng khi tăng dòng điện qua bộ biến đổi góc chuyển van cũng tăng theo và ở một trị số dòng điện nào đó góc chuyển van bằng 60o nghĩa là lấp đầy thời đoạn lặp lại. Trị số dòng điện trong thời đoạn này bằng: (thay g = 60o vào biểu thức (23)) (39) Nếu các van không điều khiển được khi a = 0 ta có: (40) Ở trị số dòng điện này chế độ 2-3 kết thúc, bộ biến đổi chuyển sang chế độ 3, mỗi thời đoạn có 3 van làm việc. Xét trường hợp không có điều khiển (a = 0 ). Giả thiết tại thời đoạn đang xét các van 1, 2, 3 đang làm việc, dòng điện đang chuyển từ van 1 sang van 3 ( hình 2.41). Điện áp trên van chuẩn bị làm việc tiếp theo (van 4) có trị số âm và bằng : eB α γ 0 30 60 90 120 i1 i3 i4 0 0 0 30 60 90 120 U4 Hình 2.41 : Dòng điện qua van ở chế độ 3. (41) Trên catốt của van 4 qua van 2 đang làm việc đặt điện áp pha C, còn trên anốt- nửa tổng của điện áp pha A và pha B. Trong điều kiện này van 4 không thể làm việc được. Nó chỉ có thể được mở sau khi van 1 đã đóng. Ở trị số dòng điện lớn hơn trị số xác định theo (3.38) van 1 sẽ bị khoá chậm hơn điểm cắt nhau của các s.đ.đ. pha (điểm mở van tự nhiên khi a = 0 ). Như vậy, việc mở van bị trì hoãn một góc ao , thời điểm mở van bị dịch chuyển sang trái (hình 2.41). Tại thời điểm đóng van 1 trên van 4 xuất hiện điện áp U4 = e3 – Ud =e4 hay là : Trong trường hợp này : q = aC + g aC > 0 và g = 60o ; U4 > 0 và van 4 sẽ được mở. Như vậy ngay sau khi van 1 tắt, bắt đầu quá trình chuyển dòng điện từ van 2 sang van 4, các van 2, 3, 4 ở trạng thái làm việc. Thời điểm khoá van cũng bị trễ một góc aC . Như vậy khi bộ biến đổi làm việc ở ché độ 3 sẽ xuất hiện góc trễ trong quá trình mở và khoá van, góc này tăng khi dòng điện tăng, khi đó góc chuyển van không thay đổi. Đây là một đặc điểm của chế độ này. Góc trễ có thể xác định theo (25) thay a = aC và g = 60o , khi đó ta có : (42) Từ (42) thấy rõ rằng khi Id tăng, góc trễ aC cũng tăng theo. Ở một trị số nhất định của Id góc trễ đạt 30o, tại thời điểm này xuất hiện điều kiện mở van 4, thật vậy : q = a + g = 30 + 60 = 90o Khi cả bốn van 1, 2, 3, 4 đều mở sẽ phát sinh ngắn mạch 3 pha và điện áp chỉnh lưu giảm đến trị số không. Ở đây chế độ 3 chấm dứt, thời điểm bắt đầu và kết thúc được xác định từ biểu thức (42) : Bắt đầu chế độ 3 : aC = 0 ; Kết thúc chế độ 3 : aC = 30o ; Trị số tức thời của điện áp chỉnh lưu trong chế độ khảo sát trình bày trên hình 2.42. Trị số trung bình của điện áp này trong một chu kì lặp lại được xác định theo biểu thức : e1 e2 e3 e4 0 30o 60o 90o 120o 150o αB Hình 2.42 : Điện áp chỉnh lưu ở chế độ 3 . Sau khi tích phân nhận được : (43) Vì rằng góc chuyển van trong chế độ 3 không thay đổi và bằng 60o, góc mở van tuỳ thuộc vào dòng điện thay đổi trong giới hạn từ a = 0 đến a = 30o nên chế độ này có thể được xem là trường hợp riêng của chế độ 2-3. Phương trình đặc tính ngoài được xác định trên cơ sở các biểu thức (24) và (30) đã trình bày trên đây: Từ hai phương trình này sau khi biến đổi ta có : (44) Khi g = const phương trình (44) là phương trình của một elip có trục trùng với trục toạ độ. Ud α = 0 α = 30 a b c 0 Hình 2.43 : Giới hạn các chế độ làm việc của bộ chỉnh lưu. Elip này là quỹ đạo của các điểm nằm trên đặc tính ngoài của bộ biến đổi khi góc chuyển van có trị số không đổi (hình 2.43). Thay vào (44) g = 60o và a = 0 ta có phương trình đặc tính ngoài của bộ chỉnh lưu không điều khiển ở chế độ 3 : (45) Đối với bộ chỉnh lưu có điều khiển, điều kiện chuyển sang chế độ 3 và ranh giới của chế độ này sẽ khác chút ít so với trường hợp đã xét. Giả thiết rằng bộ chỉnh lưu làm việc với góc điều khiển 0 Id1 (điểm a). Vì vậy khi dòng điện Id2 > Id > Id1 góc chuyển van còn bé hơn 60o và bộ chỉnh lưu tiếp tục làm việc ở chế độ 2-3. Khi tăng dòng điện đến Id2 góc chuyển van trở nên bằng 60o và bộ chỉnh lưu chuyển sang chế độ 3, đồng thời xuất hiện góc trễ aC = a. Chế độ 3 bắt đầu từ điểm b trên hình 2.43. Khi tiếp tục tăng dòng điện góc trễ aC tăng và trở nên lớn hơn góc điều khiển a, bộ chỉnh lưu chuyển sang chế độ mất điều khiển. Khi dòng điện Id > Id2 điểm làm việc dịch chuyển theo elip đến điểm C tương ứng với a = 0, từ đó bắt đầu chế độ 3-4 (chế độ ngắn mạch). Nếu bộ chỉnh lưu làm việc với góc điều khiển a = 30o thì góc chuyển van đạt trị số g = 60o tương ứng với dòng điện Id3 còn lớn hơn, đồng thời Id2 > Id3. Khi ấy aC = 30o và bộ chỉnh lưu chuyển ngay sang chế độ 3-4. Như vậy chế độ 3 chỉ có thể tồn tại trong một khoảng biến thiên tương đối hẹp của góc điều khiển 0 < a < 30o . Nếu bộ chỉnh lưu làm việc với góc điều khiển a > 30o thì dòng điện Id > Id3 chế độ 3-4 bắt đầu ngay sau chế độ 2-3 tại điểm cắt của đặc tính ngoài chế độ 2-3 ở góc a đã cho và elip tương ứng với g = 60o. Điện áp ngược cực đại đặt lên van trong chế độ 3 : bé hơn trị số cực đại của điện áp ngược trong chế độ 2-3. Chế độ ngắn mạch (chế độ 3-4) : Chế độ này không đặc trưng đối với các bộ biến đổi sử dụng trong truyền tải điện một chiều vì nó tương ứng với dòng điện rất lớn trên cực của bộ chỉnh lưu, gần với dòng điện ngắn mạch. Trong các hệ thống tải điện một chiều hiện đại có trang bị điều khiển dòng tải tác động nhanh thì chế độ này hầu như không thể xảy ra. Vì vậy ở đây cũng chỉ nêu một cách sơ lược về đặc tính của nó. Trong chế độ 3-4, khi tăng dòng điện, góc chuyển van lại tiếp tục tăng còn góc điều khiển mở van vẫn giữ cố định. Các van làm việc theo từng nhóm 3-4 chiếc : 1-2-3, 1-2-3-4, 2-3-4, 2-3-4-5, 3-4-5, 3-4-5-6 và v.v...Nói cách khác, trong mỗi chu trình lặp lại có từng thời đoạn có 3 hoặc 4 van làm việc. Tại thời đoạn có 3 van làm việc, như đã nói trước đây ta có dòng điện ngắn mạch 2 pha, còn tại thời đoạn có 4 van làm việc ta có dòng điện ngắn mạch 3 pha và điện áp chỉnh lưu giảm đến không. Góc chuyển van trong chế độ này có thể xác định theo phương trình : (46) Đường cong trị số tức thời của điện áp chỉnh lưu trình bày trên hình 2.44. Trên hình này cũng ghi tổ hợp các van cùng làm việc đồng thời cho từng thời đoạn trong chế độ 3-4. 1 2 3 6 1 2 3 4 1 , 2 , 6 1 , 2 , 3 2 , 3 , 4 α θ Hình 2.44 : Trị số tức thời của điện áp chỉnh lưu trong chế độ 3-4. Sau khi tích phân ta nhận được : (47) hay là : (48) Phương trình đặc tính ngoài của bộ biến đổi một cầu đối với chế độ 3-4 được xác định trên cơ sở các biểu thức (46) và (47). Kết quả ta có : (49) Phương trình này nghiệm đúng khi bộ chỉnh lưu này làm việc với góc a > 30o. Đối với bộ chỉnh lưu không điều khiển khi a = 0 hoặc a < 30o , phương trình đặc tính ngoài của chế độ 3-4 có dạng : (50) Các phương trình (49) và (50) cho thấy rằng đặc tính ngoài của bộ biến đổi một cầu trong chế độ 3-4 là một đường thẳng có độ dốc đối với trục hoành lớn hơn độ dốc đặc tính ngoài trong chế độ 2-3. Chế độ nghịch lưu của bộ biến đổi Như đã biết các bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ thuận nghịch, nghĩa là có thể chuyển từ chế độ tiêu thụ công suất tác dụng do hệ thống cung cấp sang chế độ phát công suất tác dụng vào hệ thống, nói khác đi là từ chế độ chỉnh lưu sang chế độ nghịch lưu. Để thay đổi hướng công suất trong hệ truyền tải điện một chiều cần thay đổi cực tính của điện áp trong khi không thay đổi chiều dòng điện trên đường dây. Để thay đổi cựu tính của điện áp trên bộ biến đổi cần cho nó làm việc ở phần nữa chu kì đối lập với nữa chu kì của điện áp chỉnh lưu bằng cách dịch chuyển tín hiệu điều khiển sang phải, khi ấy góc mở van lớn hơn 90o , nhưng luôn bé hơn 180o (hình 2.45). Thay đổi góc mở của van sẽ làm thay đổi cực tính của cả trị số tức thời điện áp lẫn trị số trung bình của nó. Dòng điện trong mạch của bộ nghịch lưu chịu tác động của hai hiệu điện áp- điện áp chỉnh lưu từ phía đường dây và sức phản điện của bộ nghịch lưu. Cực tính của điện áp chỉnh lưu tương ứng với trị số dương của điện áp đặt lên anốt của van nghịch lưu, còn trên catốt- điện áp âm. Điều kiện điện áp đặt trên van UV > 0 thực tế bao giờ cũng thoả mãn. Vấn đề là làm sao mở các van vào đúng thời điểm tương ứng với điều kiện cần thiết của quá trình chuyển van. Trong trường hợp này các van của bộ nghịch lưu đóng vai trò của thiết bị chuyển mạch nhanh ở từng khoảng thời gian xác định đóng cuộn dây các pha tương ứng của máy biến áp vào nguồn điện một chiều sao cho dòng điện trong cuộn dây đổi chiều hai lần trong một chu kì. Việc chuyển van trong bộ nghịch lưu của hệ thống tải điện một chiều được thực hiện bằng điện áp của hệ thống nhận điện. Những bộ nghịch lưu kiểu này được gọi là bộ nghịch lưu thụ động (được điều khiển bằng điện áp của lưới nhận điện, nó khác biệt với bộ nghịch lưu tự lập, trong đó quá trình chuyển van được thực hiện bằng hệ thống điều khiển độc lập. Các bộ nghịch lưu tự lập thường dùng cho lưới nhận điện không có nguồn. Sơ đồ thay thế đối với bộ nghịch lưu một cầu trình bày trên hình 2.46. Trên hình này eA, eB, eC là s.đ.đ. đẳng trị của hệ thống nhận điện. Sơ đồ thay thế của bộ nghịch lưu cũng tương tự như bộ chỉnh lưu chỉ khác nhau cựu tính điện áp của cầu. Vì thế quá trình xảy ra trong bộ nghịch lưu có thể được mô tả bằng hệ các phương trình hoàn toàn tương tự như đối với bộ chỉnh lưu ( xem (*) và (3)) chỉ khác là Ud trong các phương trình này có trị số âm, nghĩa là bộ nghịch lưu tạo nên sức phản điện + _ CHỈNH LƯU NGHỊCH LƯU e6 e1 e2 e1 e2 e3 e4 αNL 180o θ Hình 2.45 : Chuyển từ chế độ chỉnh lưu sang nghịch lưu. Ta khảo sát thời đoạn khi trong bộ nghịch lưu các van 1 và 2 làm việc ở (hình 2.47). Ta có : Từ các phương trình trên và (3) ta có : (51) Điện áp trên các van tiếp theo ở thời đoạn này là : và van thứ ba chuẩn bị mở eA eB eC 1 3 5 4 6 2 XK + _ eCL RCL Xd Hình 2.46 : Sơ đồ đẳng trị của bộ nghịch lưu. Tại thời điểm tương ứng với góc an tín hiệu điều khiển được đưa đến van 3, van này mở và dòng điện chuyển từ van 1 sang van 3. Cũng như trong bộ chỉnh lưu, quá trình chuyển mạch xảy ra dưới tác động của dòng ngắn mạch hai pha phát sinh khi các van chuyển mạch làm việc phối hợp với nhau. Ở đây cần lưu ý đặc điểm sau : Để cho dòng chuyển mạch có chiều giống như trong bộ chỉnh lưu nghĩa là ngược với chiều của dòng điện trong van sắp bị khoá và trùng với chiều của dòng điện trong van sắp được mở cần phải đưa tín hiệu điều khiển đến van tiếp theo tại thời điểm nằm bên trái thời điểm cắt nhau của các s.đ.đ. pha tương ứng, nghĩa là sao cho : e1 > e2 (52) Trong đó : e1 _ s.đ.đ. của pha trước e2 _ s.đ.đ. của pha đang xét. Nói cách khác trong chế độ nghịch lưu cần thoả mãn điều kiện : (53) Thông thường thời điểm mở van nghịch lưu được đặc trưng không phải bằng góc lệch an mà bằng góc b được tính về phía vượt trước thời điểm các s.đ.đ. pha cắt nhau, lệch với gốc thời gian 180o. Vì vậy góc này đôi khi còn được gọi là góc vượt trước của bộ nghịch lưu. Từ hình 2.47 có thể nhận thấy : và (54) Trong đó : d _ góc tắt của van. Hình 2.47 : Quá trình chuyển van trong bộ nghịch lưu. U αNL β eA eB γ δ i1 i2 i3 i4 θ θ θ δ U1 0 Đối với dòng điện chuyển van trong bộ nghịch lưu có thể viết : Sự khác nhau so với chế độ chỉnh lưu chỉ ở trị số của góc a và d. Điều này được cắt nghĩa trên hình 2.48. Trên hình này dòng điện chuyển mạch iK lệch pha so với s.đ.đ. e3 một góc 90o. Phía trái của hình 2.48 biểu diễn tăng dòng điện iK trong chế độ chỉnh lưu, còn phía phải – trong chế độ nghịch lưu. Thời điểm bắt đầu và thời điểm kết thúc quá trình chuyển van tương ứng với góc điều khiển a và dòng điện Id. Từ hình 2.48 có thể thấy rằng biên độ của dòng điện chuyển van lớn hơn nhiều so với dòng điện làm việc. θ i θ Id1 Id2 Id1 Id2 αCL γ γ Hình 2.48 : Dòng điện chuyển van trong chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu αNL Trong chế độ nghịch lưu sự tăng dòng điện làm việc có thể làm gián đoạn quá trình chuyển mạch, vì rằng dòng điện chạy qua van sắp bị khoá (van 1) có thể không qua giá trị không và van này vẫn tiếp tục làm việc, làm cho quá trình chuyển mạch của bộ nghịch lưu không thực hiện được. Từ (25) và (54) ta có : (55) Hay là : (56) Biểu thức (55) có thể dùng để xác định góc chuyển van của bộ nghịch lưu khi b = const, còn biểu thức (56) để xác định góc tắt van d. Cần lưu ý rằng biểu thức (3.54) chỉ nghiệm đúng khi b < 60o. Góc tắt d có ý nghĩa quan trọng đối với bộ nghịch lưu, nó xác định ổn định khi thay đổi dòng điện truyền tải và điện áp của hệ thống nhận điện. Để cắt nghĩa bản chất vật lí của thông số này ta hãy xét điện áp trên van 1 ở thời điểm khoá van. Trước đây ta có : (57) β e3 e6 U1 θ θ γ θ i’1 i’2 i’3 i’4 Hình 2.49 : Điện áp trên van 1 khi 0o < d < 60o Khi q = 180o - d ; Nói cách khác, tại thời điểm khoá van sẽ có một điện áp âm đột biến đặt lên van. Điện áp này sẽ tăng dần và khi q = 180o nó qua trị số không và sau đó trở nên dương. Đặc tính biến thiên của điện áp ở thời đoạn này trình bày trên hình 2.49. Sau khi dòng điện qua van đạt trị số không, van sẽ bị khoá. Tuy nhiên, độ bền cách điện và tính năng điều khiển không thể phục hồi một cách tức thời, cần có thời gian để các điện tử trong thyristor khuếch tán. Thời gian này – còn gọi là thời gian ngắt thyristor - một trong những thông số động cơ bản của thyristor, nó là khoảng thời gian từ khi dòng điện thuận qua thyristor đạt trị số không cho đến thời điểm thyristor có khả năng chịu đựng một điện áp (đặt theo chiều thuận) với biên độ và tốc độ tăng xác định. Đối với các thyristor hiện đại, công suất lớn dùng trong tải điện một chiều, thời gian này khoảng (250 ¸ 300)ms tương ứng với (5 ¸ 610) tần số lưới điện. NGUYÊN TẮC CHUNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CỦA HTKT Điện áp như đã biết, là một trong những chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng điện năng. Trong quá trình vận hành bình thường mức điện áp ở từng nút của hệ thống điện phải được giữ trong giới hạn cho phép. Trị số thực tế ở mỗi nút của hệ thống điện luôn luôn thay đổi theo chế độ vận hành hệ thống điện và cân bằng công suất phản kháng ở từng nút của phụ tải. Điện áp trên thanh cái của nhà máy điện và trong lưới cung cấp có thể được điều chỉnh bằng hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của máy phát điện. Các máy phát điện đồng bộ có thể: - Phát công suất phản kháng trong chế độ quá kích thích - Tiêu thụ công suất phản kháng trong chế độ thiếu kích thích - Thay đổi điện áp và công suất phản kháng một cách liên tục. Dòng điện kích từ chạy trong các cuộn dây rotor của máy phát điện đồng bộ là dòng điện một chiều vì vậy cần phải có hệ thống nguồn cung cấp riêng: hệ thống kích từ. Điều chỉnh dòng kích từ trong quá trình làm việc là thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK). Đặc tính của hệ thống kích từ và cấu trúc TĐK có ý nghĩa quyết định không những đối với chất lượng điều chỉnh điện áp mà còn đến tính ổn định của hệ thống. Ở đây ta chỉ chú tâm nghiên cứu loại hệ thống kích từ dùng nguồn xoay chiều chỉnh lưu có điều khiển, hệ thống này cho phép tạo ra hằng số quán tính rất nhỏ so với các hệ thống khác, nhờ khả năng điều chỉnh trực tiếp dòng kích từ (chạy qua các thyristor) đi vào cuộn dây rotor máy phát điện đồng bộ. Hằng số quán tính nhỏ là điều kiện quan trọng cho phép nâng cao chất lượng điều chỉnh điện áp và tính ổn định. Thiết bị TĐK bao gồm một loạt các kênh liên hệ ngược điều khiển điện áp kích từ của máy phát thông qua điều khiển trực tiếp dòng kích từ. Lúc đầu TĐK được thiết kế chỉ với mục đích điều chỉnh điện áp (giữ điện áp đầu cực trong quá trình máy phát làm việc). Cấu tạo đơn giản bởi các kênh phản hồi âm theo độ lêch điện áp và phản hồi dương theo độ lệch dòng điện. Hiện nay TĐK có cấu trúc phức tạp hơn nhiều, thực hiện các nhiệm vụ ổn định hệ thống, giảm dao động công suất vv… Các thành phần chính trong cấu trúc của TĐK bao gồm: - Các kênh điều chỉnh theo độ lệch các tham số chế độ (điện áp đầu cực máy phát, dòng stator vv …), các kênh này có ảnh hưởng chung nhưng chủ yếu đến các đặc tính tĩnh và chế độ xác lập. - Các kênh điều chỉnh theo tín hiệu đạo hàm của các tham số chế độ. Các kênh này chỉ ảnh hưởng đến các đặc trưng động của hệ thống như điều kiện ổn định (chủ yếu ổn định tĩnh), đến chất lượng của quá trình quá độ, nhưng không có tác dụng đối với đặc tính tĩnh. - Bộ phận kích thích cường hành, tác động lênh quá trình quá độ khi có những kích động lớn, có ý nghĩa nâng cao tính ổn định động cho hệ thống. Theo đặc tính làm việc người ta chia TĐK ra làm 2 loại chính: TĐK tác động tỉ lệ và TĐK tác động mạnh. Các TĐK tác động tỉ lệ chỉ gồm các kênh điều chỉnh theo độ lệch thông số, do đó tác động điều chỉnh tương đối chậm (tương thích với hệ thống kích từ bằng máy phát một chiều hoặc tần số cao). Do bị giới hạn hệ số khuếch đại chất lượng điều chỉnh điện áp cũng không cao. Hiện nay loại này chủ yếu sử dụng ở những nhà máy có yêu cầu điều chỉnh điện áp không cao, không có yêu cầu đặc biệt về ổn định hệ thống. Các TĐK tác động nhanh có cấu tạo đặc biệt, thêm các kênh điều chỉnh theo đạo hàm thông số. Lý thuyết TĐK tác động nhanh hiện chưa thống nhất, có những nơi người ta xây dựng TĐK tác động nhanh trên cơ sở ổn định hệ thống nói chung, nhằm tạo ra các TĐK chất lượng điều chỉnh điện áp rất cao trong khi vẫn đảm bảo được ổn định cho bản thân thiết bị điều chỉnh (và do đó nâng cao đáng kể tính ổn định của hệ thống nói chung), nhưng có nơi người ta đặt thêm bộ phận điều chỉnh phụ ghép với TĐK nhằm giảm dao động công suất (gọi là bộ phận ổn định công suất – Power System Stabilyzer). Hệ thống kích từ tác động tỉ lệ thực hiện điều chỉnh kích từ theo độ lệch điện áp đầu cực máy phát. Tín hiệu điện áp UF nhận được từ đầu cực máy phát thông qua các phần tử đo lường (máy biến điện áp), thiết bị biến đổi (chỉnh lưu và lọc) được đưa vào bộ phận so sánh. Hiệu số độ lệch nhận đựơc DU = U0 – UF được kết hợp với các tín hiệu khác và được khuếch đại bởi bộ phận khuếch đại rồi đưa đến bộ phận chỉnh lưu thyristor, ở đây tín hiệu điều khiển một chiều này được so sánh với tín hiệu điện áp đồng bộ để tạo ra xung, xung này được đưa đến cực điều khiển G của thyristor để mở thyristor với một góc thích hợp mục đích là đế tăng hoặc giảm dòng kích từ đưa vào cuộn dây rotor của máy phát. Trị số điện áp U0 đầu cực máy phát được lấy sao cho khi điện áp đầu cực máy phát bằng trị số đặt (cần giữ) thì DU = 0. Khi đó máy kích thích chỉ làm việc với dòng kích từ trong cuộn C1. DU = U0 – UF nên thiết bị làm việc theo nguyên lý phản hồi âm áp. Để đảm bảo tính ổn định của bộ điều chỉnh trong chế độ quá độ, TĐK tác động tỉ lệ có thêm kênh phản hồi tác động theo đạo hàm cấp 1 của điện áp kích từ. Bộ phận kích thích cường hành thực chất là một rơle điện áp thấp nối với khâu khuếch đại. Khi điện áp đầu cực máy phát giảm tới 20% so với trị số định mức rơle tác động đưa điện áp tối đa vào tham gia trực tiếp vào quá trình điều chỉnh. Tác động này làm tăng mômen điện từ máy phát nhờ đó nâng cao tính ổn định. Về cấu trúc khác với TĐK tác động tỉ lệ, TĐK tác động nhanh có thêm một loạt là kênh tín hiệu là đạo hàm thông số chế độ, cùng đưa vào bộ khuếch đại. Phần tác động điều chỉnh điện áp theo độ lêch và kích