Giáo trình Tự động hóa trạm phát điện - Chương 3: Tự động hóa đồng bộ

tác dụng. Tự động ổn định tần và phân chia tải tác dụng. Tự động hòa đồng bộ. Tự động kiểm tra, bảo vệ,... Trong nội dung phần này ta không nghiên cứu quá trình tự động ổn định điện áp máy phát và chia tải phản tác dụng, nội dung này được nghiên cứu trong môn Trạm phát điện tàu thuỷ. CHƯƠNG 3. TỰ ĐỘNG HÒA ĐỒNG BỘ. KHÁI NIỆM CHUNG. Hòa đồng bộ các máy phát điện là quá trình đưa máy phát điện vào làm việc song song với các máy phát điện khác. Chế độ làm việc song song giữa các máy phát là chế độ các máy phát cùng làm việc, cung cấp năng lượng cho các phụ tải; đây là chế độ làm việc đặc trưng của trạm phát điện tàu thuỷ. Để đóng mạch máy phát xoay chiều vào hoạt động song song phải tuân theo các điều kiện sau : Điện áp máy phát được hòa phải bằng điện áp lưới. Tần số máy phát bằng (xấp xỉ) bằng tần số lưới điện. Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự pha của lưới điện. Hai véctơ điện áp của cùng một pha trùng nhau (góc lệch pha =0). Nếu không thoả mãn một trong các điều kiện trên sẽ có dòng cân bằng đột biến rất lớn chạy quẩn trong các máy phát, phá hỏng máy và gây rối loạn hệ thống điện, cụ thể làm giảm điện áp hệ thống năng lượng điện, có thể làm hỏng máy phát và động cơ sơ cấp hoặc cũng có thể phá vỡ hoạt động song song ổn định của các máy đang hoạt động trước đó. PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC SONG SONG. 2.1 Các phương pháp hòa đồng bộ. Hòa đồng bộ các máy phát có thể thực hiện bằng tay, bán tự động, hoặc tự động. Khi thực hiện bằng tay mọi thao tác do người vận hành thực hiện bằng tay. Khi hòa đồng bộ bán tự động một số thao tác thực hiện bằng tay, một số thao tác khác thực hiện tự động. Khi tự động hòa đồng bộ mọi thao tác được thực hiện tự động hòan toàn. Có 3 phương pháp khác nhau để hòa đồng bộ: Tự hòa đồng bộ, hòa đồng bộ thô, hòa đồng bộ chính xác. Tự hòa đồng bộ: Khi thực hiện tự hòa đồng bộ máy phát chạy đủ tốc độ chưa có kích từ được đóng vào mạng. Máy phát làm việc như động cơ, ta đóng mạch kích từ, máy phát đươcï kéo vào đồng bộ. Phương pháp này không được sử dụng trên tàu vì gây ra sụt áp rất lớn. Hòa đồng bộ thô. Khi hòa đồng bộ thô máy phát được hòa có điện áp và tần số gần bằng điện áp, tần số lưới [hệ số trượt khoảng từ 3-4%. Điều kiện góc lệch pha không được quan tâm, máy phát được đóng đưa vào mạng thông qua cuộn kháng để giảm dòng cân bằng. Cuộn kháng đó được sun lại ( nối ngắn mạch) khi máy phát được kéo vào đồng bộ. Phương pháp này thường dùng để đưa nhanh máy phát vào làm việc song song khi có sự cố. Hòa đồng bộ chính xác. Hòa đồng bộ chính xác: Máy phát đươc hòa phải thoả mãn 4 yêu cầu (điều kiện) đã nêu ở trên. Khi thực hiện hòa đồng bộ chính xác phải làm sao để dòng điện cân bằng có giá trị nhỏ nhất để máy phát không hỏng, các máy phát hoạt động song song bình thường. Nếu các điều kiện hòa song song được thoả mãn, đặc biệt góc lệch pha giữa các điện áp pha nằm trong giới hạn cho phép việc hòa song song xẩy ra êm, không có dòng cân bằng lớn. Xét trường hợp điện áp lưới và máy phát không bằng nhau: Luôn luôn tồn tại ngay khi góc lệch pha bằng 0, làm xuất hiện dòng cân bằng chạy quẩn giữa các máy phát, từ lưới đến máy phát nếu điện áp máy phát < điện áp lưới và ngược lại. Xét trường hợp UF = UL, fL ≠ fF. Xét hai sao véctơ điện áp lưới và máy phát, chúng chuyển động tương đối với nhau, góc lệch pha ( sẽ thay đổi từ 0 – 180O). - Khi các điều kiện hòa song song giữa các máy phát được thoả mãn hiệu số hình học điện áp giữa điện áp pha của máy phát đang hoạt động và máy phát được hòa phải bằng khôngĺ và dòng cân bằng vào thời điểm hòa bằng không, cụ thể không có tăng dòng đột biến, không có hiện tượng dao động điện áp trên thanh cái hình. Nếu các điều kiện hòa đồng bộ chính xác không được thoả mãn từng phần hay toàn bộ khi hòa máy phát vào mạng sẽ có dòng cân bằng và giao động điện áp trên thanh cái với những giá trị khác nhau. Giả sử điện áp các máy phát bằng nhau, tần số khác nhau: UF = UL = U, fL ≠ fF. Trong trường hợp đó các véc tơ điện áp của máy đang hoạt động và máy được hòa sẽ lệch nhau một góc Ġ như ở hình [3-2]. Vì tốc độ góc của 2 máy phát không bằng nhau nên góc thay đổi từ 0 – 180O, hiệu số hình học các điện áp nằm trong giới hạn từ 0 -2U. Vào thời điểm hòa máy phát điện 1 vào mạng sẽ xuất hiện dòng cân bằng, giá trị của nó phụ thuộc hiệu hình học điện áp . Vì điện trở tác dụng của cuộn dây stator nhỏ so với điện trở kháng nên véctơ dòng cân bằng Ġ lệch pha với véctơ điện áp Ġ một góc 90O. Dòng cân bằng có giá trị đủ lớn gây ra va đập cơ học trên trục các máy phát làm hư hỏng nặng. Giá trị biên độ dòng cân bằng vào thời điểm hòa đối với máy phát có cuộn ổn định khiĠ được xác định bằng biểu thức sau: Sức điện động của máy phát 1 và máy phát 2 có điện trở kháng siêu dẫn dọc trục Điện trở kháng siêu dẫn dọc trục của máy phát 1 và máy phát 2 xC Điện trở kháng, qua điện trở đó máy phát 1 được hòa với máy phát 2 kY Hệ số va đập, có tính đến thành phần không chu kỳ của dòng điện [đối với hệ thống tàu thuỷ ky =1,6-1,9 Hệ số xác định biên độ thành phần có chu kỳ dòng điện Dòng cân bằng đạt giá trị cực đại khi Ġ Dòng cân bằng tăng đột ngột rất lớn, có thể đạt giá trị bằng từ 10 đến 15 lần dòng định mức tạo ra lực điện động rất lớn trong cuộn dây stator làm hỏng các cuộn dây đó. Hòa song song máy phát khi góc lệch pha lớn cũng giống như ngắn mạch trên thanh cái trạm phát điện. Trong trường hợp đó máy phát được hòa không thể được kéo vào đồng bộ, các máy phát khác bị ngắt khỏi mạng nhờ thiết bị bảo vệ và rời khỏi đồng bộ. Dòng cân bằng đạt giá trị cực đại như hình [3-2c ] Hình 3.2: Các điều kiện hoà đồng bộ máy phát không thoả mãn. Hệ thống điện năng có 2 máy phát giống nhau nên xd’’1= xd’’2, xc ≈ 0, trong trường hợp xấu nhất khi hòa song song, dòng cân bằng đạt giá trị cực đại bằng dòng va đập ngắn mạch 3 pha trên thanh cái của hệ thống: iyp = Hiệu số hình học các điện áp ΔU thay đổi theo thời gian. Nếu điện áp các máy phát thay đổi theo quy luật : u1(t) = U1.sinω1t và u2(t) = U2.sinω2t , giá trị tức thời hiệu số hình học điện áp các máy phát được gọi là điện áp phách uS. Trong trường hợp U1= U2= U ta có: Trên hình [3-3] mô tả điện áp các máy phát u1(t) và u2(t) khi tốc độ góc của rôtor thay đổi và điện áp phách uS. Đường bao giá trị biên độ điện áp phách được biểu diễn bằng phương trình sau : tốc độ trượt tính bằng radian Góc lệch pha giữa rotor các máy phát Từ đồ thị ta thấy rằng biên độ điện áp phách thay đổi trong giới hạn từ 0-2U. Đường cong bao cũng có dạng hình sin , thay đổi với tần số góc và có biên độ bằng 2U. Chênh lệch tốc độ quay rotor càng bé, tần số trượt điện áp phách càng bé, đường cong điện áp phách càng thoải ( chu kỳ điện áp phách càng lớn). Trường hợp tổng quát biên độ điện áp của các máy được hòa không bằng nhau điện áp phách US được xác định bằng công thức sau: Nếu tần số 2 máy phát bằng nhau,nhưng vào thời điểm hòa song song điện áp các máy phát lệch pha nhau [ như trên hình vẽ 3-2 b véctơ điện áp U1 của máy phát 1 nhanh pha hơn điện áp U2 một góc thì cũng xuất hiện hiệu hình học điện áp ΔU và dòng cân bằng Iyp giống như trường hợp tần số hai máy phát không bằng nhau. Đối với máy đang hoạt động dòng cân bằng là dòng tải tạo ra mô men điện từ hãm. Còn máy được hòa dòng điện cân bằng sẽ tạo mô men điện từ gia tốc tốc độ quay. Tăng đột biến dòng cân bằng gây ra thay đổi đột biến tốc độ các tổ máy. Cụ thể tăng tốc máy thứ hai và hãm máy thứ nhất. Rotor máy phát thứ nhất có dự trữ động năng dư: A = TJ (w1 - w2)2 TJ: hằng số quán tính các phần quay của động cơ và máy phát thứ nhất. Tác dụng dự trữ động năng đư lên rotor của máy phát L làm cho rotor vượt trước rotor máy phát 1 hấp thụ công suất tác dụng cân bằng. Công suất cân bằng tạo mô men quay trên trục máy phát, giá trị cực đại của nó có thể lớn hơn gấp nhiều lần mô men quay định mức. Dưới tác dụng động năng dư rotor máy phát 2 sẽ quay với gia tốc đối với rotor máy phát 1 cho đến lúc nào tiêu hao hết dự trữ đó. Trong trường hợp chênh lệch tốc độ góc không lớn vào thời điểm hòa, sau một số lần dao động rotor đạt trạng thái cân bằng và được kéo vào đồng bộ. Nếu chênh lệch tốc độ góc giữa rotor các máy phát lớn vào thời điểm hòa, dù có xuất hiện mô men đồng bộ tương đối lớn rotor máy phát sẽ nhau cân quay một góc 360O ở chế độ máy dị bộ trước khi đước kéo vào đồng bộ. Tăng đột ngột công suất cân bằng có thể gây ra hiện tượng rời khỏi đồng bộ của các máy phát khác. NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN THIẾT LẬP HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÒA ĐỒNG BỘ CHÍNH XÁC Quá trình tự động hòa đồng bộ các máy phát với lưới phụ thuộc vào sự khác nhau giữa biên độ, tần số, pha của điện áp máy phát được hòa và của hệ thống. Bởi vậy vào thời điểm hòa làm sao dòng cân bằng, mô men điện từ gần băng không, điện áp trên thanh cái giảm không vượt quá giá trị cho phép. Ngoài ra máy phát được kéo vào đồng bộ khi ( << 180o điện, không có hiện tượng quay rotor máy phát được hòa điều kiện hòa song song lý tưởng: U1 = U2 cụ thể: U = U1 - U2 = 0 ; f1 = f2, fs = f1 - f2 = 0 ; Góc lệch pha giữa các điện áp: θa1t = θa2t, cụ thể θ = θ1t - θ2t = 0. Trong thực tế không thể thoả mãn các điều kiện hòa song song giữa các máy phát một cách lý tưởng như vậy được, mặt khác đòi hỏi mọi tác động trong hệ thống khi hòa không lý tưởng không vượt quá giới hạn cho phép, đảm bảo hòa ổn định ngày chu kỳ lắc thứ nhất của rotor. Hình 3-4: Trên hình [3-4] mô tả đường cong điện áp phách Us ứng với tần số trượt khác nhau. Từ đồ thị ta thấy để có thể thoả mãn các điều kiện hòa lý tưởng các tiếp điểm của cầu dao tự động máy phát phải tiếp xúc với nhau tại thời điểm Us = 0 hay ( = 360o, lúc đó điện áp phách bằng không Us = 0, điểm c' là điểm tối ưu đóng mạch hòa song song. Trong thực tế bộ tự động hòa và cầu giao tự động máy phát cần có thời gian để hoạt động là tO = th + ta = tt. th thời gian cần thiết để bộ tự động hòa hoạt động. ta thời gian cần thiết để cầu dao tự động máy phát (ACB) hoạt động. tt thời gian hoạt động sớm của hệ thống so với thời điểm hòa lý tưởng. Như vậy bộ tự động hòa sẽ phải hoạt động sớm hơn thời điểm tối ưu c' một khoảng thời gian tO, cụ thể tại điểm a’. Dựa trên cơ sở phân tích trên có 2 nguyên tắc khác nhau để xây dựng bộ tự động hòa đổng bộ: nguyên tắc góc vượt trước không đổi và nguyên tắc thời gian vượt trước không đổi. Theo nguyên tắc thứ nhất nguyên tắc góc vượt trước không đổi bộ tự động hòa đồng bộ bắt đầu hoạt động khi: Tốc độ góc trượt bằng tốc độ góc trượt cho phép fs=fscp vượt trước một góc không đổi ( thực tế cần fs>fscp ?????). Us = Uscp. dUs/dt <0. Dựa vào 3 điều kiện này ta sẽ tìmđước đúng điểm a’ ( vượt trước so với thời điểm tối ưu c' nhờ tín hiệu điện áp phách không đổi Us Uscp= 2Us sinωst tại thời điểm a' có dus/dt < 0 . Đối với mỗi bộ tự động hòa có to = const và fscp = const. Trong trường hợp t0 = const, (s ( (scp bộ tự động hòa đồng bộ bắt đầu hoạt động nhờ tín hiệu điện áp phách US = 2U sin, kết quả tại thời điểm các tiếp điểm cầu dao tự động máy phát tiếp xúc với nhau không tối ưu, điện áp phách (U = US ( 0, gây ra dòng cân bằng. Thật vậy, khi fS = f’S tức là lúc (s = (scp tại thời điểm a' bộ tự động hòa bất đầu hoạt động, sau thời gian t0 tại thời điểm c' các tiếp điểm cầu dao tự động máy phát tiếp xúc với nhau lúc điện áp phách US = 0. Khi fS > f’S tức là khi (S > (scp, tại thời điểm bộ tự động hòa bắt đầu hoạt động, sau một thời gian t0 tại thời điểm c các tiếp điểm cầu dao tụ động máy phát tiếp xúc với nhau lúc điện áp phách US ( 0 gây ra dòng cân bằng. Khi fS < f’S tức là khi (S < (scq tại thời điểm a" bộ tự động hòa bắt đầu hoạt động, sau thời gian t0 tại thời điểm c" các tiếp điểm cầu dao tự động máy phát tiếp xúc với nhau lúc điện áp phách US ( 0 gây ra dòng cân bằng. Bộ tự động hòa đồng bộ theo nguyên lý góc trước chỉ hoạt động ứng với một tần số trượt cho phép nhất định để US = 0 khi các tiếp điểm của cầu dao tự động máy phát được hòa tiếp xúc với mạch điện của lưới cần hòa. Theo nguyên tắc thứ 2 nguyên tắc thời gian vượt trước không đổi, bộ tự động hòa đồng bộ sẽ hoạt động trước một thời gian so với thời điểm tối ưu. Bộ tự động hòa đồng bộ được xây dựng theo nguyên tắc thời gian trước không đổi gồm có khối nhạy cảm với giá trị tần số trượt, trong kết quả t0 là hằng số. Ví dụ bộ tự động hòa bắt đầu hoạt động với tần số trượt f và điện áp Us như ờ hình 3-5. Hình 3-5 Nhưng khi với tần số trượt f”S f’S bộ tự động hòa sẽ hoạt động khi điện áp phách đạt giá trị tương ứng U”S U’S. Như vậy thời gian vượt trước giữ nguyên không đổi, không phụ thuộc vào tần số trượt, cầu đao tự động máy phát đóng mạch đúng thời điểm US = O, đúng điểm tối ưu. Bộ tự động hòa theo thời gian trước không đổi có đặc tính quá trình hòa tốt hơn, thời điểm đóng mạch chính xác, nhưng có cấu tạo phức tạp hơn. Trong quá trình tính toán hệ thống tự động hòa đồng bộ chính xác giá trị tần số trượt không được vượt quá 3%, góc lệch pha không vượt quá 200. Một hệ thống tự động hòa đồng bộ hòan chỉnh thực hiện các chức năng cơ bản sau: Tự động cân bằng điện áp máy phát được hòa với điện áp lưới. Tự động cân bằng tần số máy phát được hòa với tần số lưới. Tự động chọn thời điểm hòa theo nguyên tắc góc trước hay thới gian trước. BỘ TỰ ĐỘNG HÒA ĐỒNG BỘ CHÍNH XÁC THEO NGUYÊN TẮC GÓC TRƯỚC Bộ tự động hòa đồng bộ chính xác theo nguyên tắc góc trước AC-1 gồm có: khối cơ bản, khối kiểm tra tần số, khối tự động cân bằng tần số và khối rơ le trung gian như ở hình 3-6. Khối kiểm tra tần số: gồm có rơ le trung gian 1TG, tụ C1 và điện trở điều chỉnh R1. Khối kiểm tra tần số được tính toán cho một tần số trượt cho phép và độ lệch pha cho phép, nhờ vậy dòng cân bằng lúc hòa không vượt quá dòng định mức của máy phát. Khối tự động cân bằng tần số: gồm có rơ le điện từ giảm G và rơ le điện từ tăng T có tiếp điểm thường đóng và 2 tiếp điểm thường mở, các điện trở phụ R3, R6, điện trở điều chỉnh R2, R5. Mạch của rơ le G được mất với các pha A1, A2. Mạch của rơ le tăng T được mắc với các pha A1 và C2. Các pha B1 và B2 được nối với nhau như ở hình 3-7. Hinh 3.6 Bộ hoà đồng bộ góc trước AC-1. Hình 3-7. Từ hình 3-7 a ta thấy điện áp phách đặt lên rơ le giảm G và điện áp phách đặt lên rơ le tăng T một góc 60o điện. Rơ le G và rơ le T có cùng giá trị điện áp nhả và điện áp hút. Khi tốc độ góc không bằng nhau các rơ le đó hoạt động ở những thời điểm khác nhau phụ thuộc vào độ dịch pha của điện áp đặt vào các cuộn đây của rơ le. Ví dụ máy phát được hòa có các pha A2, B2, C2 có tần số bé hơn tần số máy phát đang hoạt động thì điện áp U giữa A1 và C2 đặt vào cuộn dây T vượt trước điện áp U giữa A1 và A2 đặt lên cuộn dây G nên rơ le tăng T hoạt động trước như ở hình 3-7b khóa không cho rơ le G hoạt động nhờ tiếp điểm T2. Khi điện áp đặt lên rơ le tăng giảm xuống bằng điện áp nhả thì điện áp đặt lên rơ le giảm G cũng giảm xuống nhỏ hờn điện áp hút nên rơ le không thể hoạt động, tiếp chu kỳ sau: rơ le T tiếp tục hoạt động khi rơ le T hoạt động dòng tiếp điểm T4 cấp điện cho động cơ servo quay theo chiều tăng nhiên liệu để tăng tần số, đồng thời tiếp điểm T3 mở ra, nhưng nhờ tụ điện C2 rơ le thời gian t chưa mất điện ngay nên tiếp điểm T2 và tiếp điểm T1 vẫn đóng. Sau thời gian trễ tt tiếp điểm T2 mở ra động cơ servo mất điện . Như vậy động cơ servo được đóng mạch dưới dạng xung như ở hình 3-7c. Độ chênh lệch tần số càng lớn số lần cấp điện cho động cơ servo càng nhiều. Trường hợp tần số máy phát được hòa lớn hơn tần số máy phát đang hoạt động ta có điện áp phách giữa A1 và A2 nhanh pha hơn điện áp phách giữa A1 và C2 nên rơ le giảm G hoạt động trước và cũng lý luận tương tự như ở trên động cơ servo được cấp điện dưới dạng xung, quay theo chiều giảm nhiên liệu để giảm tần số máy được hòa. Khối tự động cân bằng tần số hoạt động cho đến lúc nào tàn số trượt (S = (scp nhờ rơ le trung gian LTG, 2TG, 3TG đóng mạch cầu dao tự động của máy được hòa đề hòa máy vào mạng. Bộ tự động hòa đồng bộ AC-1 cho phép hòa khi chênh lệch tần số 0,5 Hz, thời gian hoạt động cầu dao tự động máy phát không vượt quá 0,1 a6y. BỘ TỰ ĐỘNG HÒA ĐỒNG BỘ THEO NGUYÊN TẮC THỜI GIAN TRƯỚC: Bộ tự động hòa đồng bộ không cực tiếp xúc CAM-P như ở hình 3-8 Hình 3-8 Hệ thống gồm các khối: khối thời gian trước TT, khối kiểm tra tần số Kf, khối kiểm tra điện áp KU, khối cân bằng tần số Cf, khối ra KR. Khối thời gian trước: gồm có mạch vi phân RC và cuộn cảm D1, khuếch đại bán dẫn bằng các transitor T3, T4. Khối này tạo ra thời gian trước không đổi, không phụ thuộc vào tần số trượt, điều đó được thực hiện nhờ so sánh đường cong điện áp phách US với đạo hàm của nó U’S. Đồ thị mô tả sự thay đổi điện áp phách US và U’S đối với thời gian ứng với tần số trượt fS1, fS2, fS3 như ở hình 3-9. Hình 3-9 Điện áp phách và đạo hàm của nó được xác định bằng biểu thức sau: Tại các điểm a1, a2, a3 giá trị US, U’S khác dấu nhau, bằng nhau về giá trị: a1b1 = a1b1; a2b2 = a2b2; a3b3 = a3b3 Do đó ta có: Rơ le HD hoạt động, sau một thời gian ( ở khuếch đại tổng xuất hiện tín hiệu từ cuộn cảm D2 có giá trị bằng và ngược chiều điện áp ra của khuếch đại từ cuộn cảm D1 làm cho rơ le HD nhả ra tại điểm b. Khối kiểm tra điện áp Ku: gồm có 2 biến áp BA1 và BA2 cùng các chỉnh lưu. Từ cửa ra các chỉnh lưu đó ta có tín hiệu tỷ lệ điện áp của các máy phát được hòa các tín hiệu đó được truyền tới cầu đo M. Cầu được cân bằng khi điện áp của các máy phát bằng nhau nên điện áp ra của cầu bằng không. Nếu điện áp của các máy phát không bằng nhau, ở cửa ra của cầu xuất hiện hiệu điện áp được truyền tới khuếch đại tri gơ T8. Khi tăng hiệu điện áp các máy phát tới giới hạn nhất định điôt ổn áp Ct thông, nhờ vậy đột biến có xung truyền tới khối ra KR. Biên độ của xung này đủ lớn để bù trừ các tín hiệu từ các khối khác và cấm khuếch đại ra T5 hoạt động. Như vậy khối kiểm tra điện áp sẽ cấm hòa đồng bộ khi chênh lệch điện áp giữa các máy phát được hòa vượt quá giới hạn cho phép. Khối tự động cân bằng tần số: gồm có 2 khuếch đại điện tử T1, T2 được cấp điện từ 2 biến áp riêng biệt và các chỉnh lưu. Ở đầu vào khuếch đại người ta đưa vào các tín hiệu điện áp phách lệch pha nhau 1200 điện. Ở cửa ra mối khuếch đại người ta mắc các rơ le P1, P2. Khối tự động cân bằng tần số đo độ nhanh hay độ chậm tần số của máy phát được hòa đối với tần số máy phát đang hoạt động và có xung tác động lên rơ le P1 hoặc rơ le P2, các cuộn dây của rơ le P1, P2 khóa liên động với nhau, loại trừ hiện tượng 2 rơ le cùng hoạt động. Tuỳ thuộc vào sự hoạt động của rơ le P1 hay P2 tần số của máy phát được hòa được nâng lên nếu tấn số thấp, được hạ xuống nếu tần số cao hơn tần số lưới. Khối ra KR: gồm có khuếch đại tổng T5 và rơ le điện từ HD cấp điện cho khuếch đại bằng biến áp nguồn và bộ chỉnh lưu. Trong trường hợp không xuất hiện tín hiệu cấm, khuếch đại tổng hoạt động và rơ le HD hoạt động. Bộ tự động hoá đồng bộ được nối với thanh cái máy phát được hòa và thanh cái của trạm phát nhờ cái chuyển mạch đột ở bảng điện chính. Quá trình điều chỉnh điện áp, tần số chọn thời điểm hòa được thực hiện tự động. Bộ tự động hòa đảm bảo tự động cân bằng tần số khi chênh lệch tần số 5 Hz bằng cách tác động lên động cơ servo tổ máy phát và tự động đóng mạch máy phát nhờ cầu dao tự động [aptômat] được điều khiển từ xa. Thời gian trước được điều chỉnh trong giới hạn 0,5-0,3 gy phụ thuộc vào thời gian cần thiết để đóng mạch của aptômat máy phát. Tần số trượt cần thiết để có thể hòa song song là 0,5-2%. Hệ số trượt cực đại được xác định trong giới hạn: a-2-l,2% ứng với thời gian trước từ 0,1 - 0,05gy b-l,2-0,5% ứng với thời gian vượt trước từ 0,3 - 0,1gy Bộ tự động hòa đồng bộ này hoạt động khi chênh lệch điện áp máy phát được hòa với máy phát đang hoạt động không vượt quá giới hạn (U < 8%Uđm. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ HÒA ĐỒNG BỘ CHÍNH XÁC: Đóng mạch hoả song song các máy phát ở hệ thống năng lượng điện tàu thuỷ không thể thoả mãn một c.ách lý tưởng các điều kiện hòa đồng bộ chính xác. Vì trong quá trình khai thác có lúc đóng, ngắt động cơ điện có công suất lớn so với công suất máy phát, tăng giảm tải, độ không đồng đều đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ sơ cấp, làm thay đổi tốc độ góc trượt (S với giới hạn lớn trong thời gian ngắn và thay đổi điện áp lưới. Bởi vậy việc tính toán hòa đồng bộ chính xác là xác định giá trị cho phép của (S, (U, sai số độ lệch pha: d0 = dt - dS = (wSt - wS)tt (t Độ lệch pha tính toán cho phép (S Độ lệch pha thực khi hệ thống tự động hòa đồng bộ bắt đầu hoạt động (St Tốc độ góc trượt ảnh toán cho phép ~ (S Tốc độ góc trượt thực khi hệ thống tự động hòa đồng bộ bắt đầu hoạt động tt thời gian trước. tt = t0. Xác định sai số lệch pha cho phép (0. Sai số góc lệch pha cho phép cực đại được xác định xuất phát từ giá trị cho phép dòng cân bằng đột biến nhờ phương trình sau: Trên cơ sở kinh nghiệm khai thác cho phép giá trị biên độ dòng cân bằng khi hòa đồng bộ chính xác bằng dòng định mức của máy phát. Nhưng trong nghiên cứu thực nghiệm khi hòa đồng bộ dòng cân bằng đột biến có thể tăng từ 2 - 2,5 cân dòng định mức máy phát không gây ra sụt áp đáng kể, không gây ảnh hưởng xấu tới hoạt động của các thiết bị dùng điện. Từ công thức trên ta xác định sai số góc lệch pha cho phép khi biết được dòng cân bầng đột biến i”yp Vì (0 có giá trị nhỏ nên giá trị của sin bằng giá trị của đối số nên trong thực tế tính toán ta có: hay là: Giá trị (0 được ảnh trong diều kiện diện áp của máy phát được hòa và máy phát đang hoạt động bằng nhau. Xác định tốc độ góc trượt cho phép (scp. Giá trị cho phép tốc độ góc trượt vào thời điểm hòa được xác định làm sao để khi các tiếp điểm cầu dao tự động tiếp xúc với nhau gần đúng thời điểm tối ưu (0 = 0 và sau khi đóng mạch các máy phát làm việc đồng bộ Đối với bộ tự động hòa đồng bộ hoạt động theo nguyên tắc góc trước không đổi ta có thể xác định tốc độ góc trượt cho phép (St theo công thức: wSt = (t góc trước tính toán ta thời gian đóng mạch aptômat máy phát. Nếu tốc độ góc trượt thực (Sth bằng tốc độ góc trượt tính toán (St thì góc dịch chuyển tương đối thực (th của rotor sau thời gian ta sẽ là: dth = wSth ta = wSt ta = dt và sai số góc đóng mạch là: d0 = dt - dth = 0 Nếu (Sth < (St thì góc (th = (Sth ta dịch chuyển tương đối, thực của rotor sau thời gian ta sẽ nhỏ hơn (t và có sai số góc khi đóng mạch là: d0 = dt - dth = (wSt - wSth)ta > 0 Trong trường hợp (Sth = 0 sai số góc khi đóng mạch bằng góc trước tính toán (t, vì rằng: d0 = (wSt - wSth)ta = wSt ta = dt Trong trường hợp (Sth = 2(St giá trị tuyệt đối sai số góc khi dòng mạch cũng giống như trường hợp (Sth = 0, nhưng chỉ khác thời điểm đóng mạch sẽ chậm hơn thời điểm tối ưu, vì rằng: d0 = (wSt - wSth)ta = (wSt - 2wSt)ta = - wSt ta = - dt Đểø nhanh chóng đưa máy phát vào đồng bộ và hoạt động đồng bộ ổn định ta chọn tốc độ góc trượt (S = 2(St. Đối với bộ tự động hòa đồng bộ với thời gian trước không đổi, thời gian trước được tính với điều kiện: bộ tự động hòa và cầu dao tự động máy phát hoạt động không có sai số. Lúc đó góc lệch tính toán được xác định bằng công thức sau: dt = wSt (ta + th) = wSt tt th thời gian cần thiết để bộ tự động hòa hoạt động tt thời gian trước Khí cụ đóng mạch thường hoạt động có sai số, bởi vậy thời gian hoạt động thực của khí cụ đóng mạch tth sẽ là: tth = (ta + Dta) + (th ± Dth) = tt ± (Dta + Dth) Góc dịch chuyển thực của rotor õth sau thời gian tth bằng: dth = wSt [tt ± (Dta + Dth)] Như vậy các tiếp điểm áptomat máy phát tiếp xúc với nhau không đúng thời điểm tối ưu mà có sai số góc (0: d0 = dt - dt = ±wSt (Dta + Dth) Nếu tốc độ góc trượt trong thời gian ta thay đổi và được gia tốc a, vậy tại thời điểm các tiếp điểm aptomat tiếp xúc với nhau tốc độ góc trượt đã thay đổi một giá trị : DwS = ±a [tt ± (Dta + Dth)] Vậy giá trị trung bình tốc độ thực trong khoảng thời gian khảo sát sẽ là: wSth.tb = wSt ± Thay thế giá trị (St bằng giá trị (Sth.tb vào phương trình xác định (th ta có: Sai số góc sẽ là: Từ phương trình trên ta thấy rằng, nếu quá trình đóng mạch aptomat máy phát xẩy ra trong thời gian dài và có hiện tượng thay đổi nhanh tốc độ góc trượt, sai số góc (0 có thể đạt giá trị nguy hiểm, dòng cân bằng, mô men quay vượt quá giá trị cho phép Đối với hệ thống năng lượng hiện tàu thuỷ thời gian đóng mạch aptomat máy phát bằng 0,05 - 0,3 gy, tốc độ góc trượt bằng 0,5 - l,5% tốc độ góc định mức (đm. Thời gian hoạt động bộ tự động hòa đồng bộ bằng điện tử rất nhỏ, nên có thể bỏ qua ảnh hưởng của nó đối với sai số góc. Sai số đóng mạch của aptomat máy phát có thể bằng + 50% đối với aptomat có thời gian đóng mạch 0,05gy, và 10% đối với aptomat có thời gian đóng mạch 0,2gy. Phương trình xác định sai số góc có thể rút gọn như sau: Trong trường hợp thời gian hoạt động của aptomat và giá trị tốc độ góc trượt bé ta có thể bỏ qua sự thay đổi của nó. Do đó sai số góc có thể xác định: Từ đấy ta có: Trong trường hợp góc lệch pha giữa các diện áp của lưới và máy phát được hòa nhỏ ta xem tg của góc bằng góc: Từ đây ta có: tt » - = const Như vậy các giá trị a1o1, a2o2, a3o3 bằng nhau, bằng giá trị thời gian trước tt không phụ thuộc tần số trượt khi tần số trượt nhỏ. Để giữ cho thời gian trước không đổi