CƠ sở lý THUYẾT về điều CHỈNH điện áp CHO các máy PHÁT điện trên tàu 22500t

BÀI TẬP LỚN PHẦN MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN VỀ TÀU 22500t Tàu 22500T tàu có trọng tải lớn đóng nhà máy đóng tàu Bạch Đằng Hiện nhà máy đóng bàn giao tàu serial tàu Golden Falcol , tàu thiết kế với hệ thống trang thiết bị đại, thuận tiện, dễ dàng người vận hành Kích thước tàu: Chiều dài toàn tàu (Max) : 190m Chiều dài đường vuông góc : 183.25m Chiều rộng thiết kế : 32.26m Chiều cao mạn đến boong : 10.90 m Mớn nước mô hình : 12.6m Chiều cao boongchinhs (tại đường tâm) - Từ boong - boong dân lái : 3.00 m - Từ boong dâng lái - boong dâng lái 5, boong : 2.80 m - Từ boong dân lái - đỉnh cabin (buồng lái) : 3.00 m - Các boong : 2.60 m Độ cong ngang boong từ mạn tới 56m đường chuẩn : 0.6 m Trên boong khác độ cong ngang dọc boong Tải trọng mớn nước: Toàn thông số tải trọng đo đơn vị (theo hệ mét) nước biển với trọng lượng riêng 1.025 t/m3 Mớn nước mẫu thử, lí thuyết : 12.6 m Tải trọng tương ứng : 22500 Mớn nước hàng nhẹ : 10.9 m Tải trọng tương ứng : 44000 Dung tích: Các khoang hàng (tính miệng khoang) Hầm hàng số 12 m3 Hầm hàng số 13 m3 Trang: BÀI TẬP LỚN Hầm hàng số 13 m3 Hầm hàng số 13 m3 Hầm hàng số 13m3 Tổng dung tích sơ giao cho chủ tàu giai đoạn thiết kế ban đầu Tốc độ công suất Tốc độ khai thác theo mớn nước mẫu thử 12.6m trạng thái ki bằng, có tính đến 15% dung sai khai thác (Trạng thái dự phòng) 14.0 hải lý Tốc độ khai thác theo mớn nước chở hàng nhẹ 10.9m trạng thái ki bằng, có tính đến 15% dung sai khai thác (Trạng thái dự phòng) 14.2 hải lý Công suất máy tương ứng 82% MCR - vòng tua tối đa liên tục tốc độ chân vịt 118 vòng/ phút ≈ 7780 KW Tiêu hao nhiên liệu tầm hoạt động Lượng dầu nặng F.O tiêu hao hàng ngày máy 82% vòng quay tối đa liên tục, công suất 7780 KW chân vịt đạt 118 vòng/ phút ≈ 31.2 Lượng tiêu hao dầu nặng FO tính dự điều kiện ISO Tiêu hao nhiên liệu hàng ngày máy móc phụ ≈ 2.4 Tổng lượng HFO tiêu hao hàng ngày ≈ 33.6 Lượng tiêu hao tính dựa điều kiện chạy dầu HFO, độ nhớt 380 CST 500C giá trị hâm 42.700 kJ/kg, mớn nước mẫu thử 15% dung sai khai thác Thông số xác nhận sau thử két mô hình Tầm hoạt động ≈ 18,000 N dặm Dựa điều kiện 82% MCR (vòng tua tối đa liên tục) 199 % dung tích két HFO mớn nước mẫu thử, tốc độ 14 hải lý ngày dự trữ Tương đương ≈ 55 ngày chạy HFO, ngày 366 dặm (hải lý) Trang: BÀI TẬP LỚN Bố trí thuyền viên: Cấp Cấp thuyền trưởng Boong Máy Thuyền trưởng Máy trưởng - Đại phó - Máy I - Máy II - Máy III - Điện trưởng Sĩ quan - Phó - Phó Tổng - Thủy thủ trưởng - Thủy thủ Tổng số NV tra đầu NV vệ sinh Khác Tổng 2 Đầu bếp phụ bếp 15 Trạm phát chính: Gồm có máy phát chính: Công suất biểu kiến: 600 KVA Điện áp: 450 V Dòng điện: 700 A Số pha: Tần số: 60 Hz Cos ϕ: 0.8 Trạm phát cố: Công suất biểu kiến: 80 KVA Điện áp: 450 V Dòng điện: 102.6 A Số pha: Tần số: 60 Hz Cos ϕ: 0.8 PHẦN II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CHO CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN 3.1 Khái niệm chung Trang: BÀI TẬP LỚN 3.1.1 Tại cần phải ổn định điện áp cho máy phát điện Tất thiết bị điện phụ tải cảu máy phát điện , khí cụ, trang thiết bị điện hệ thống lượng điện nói chung chế tạo đm để công tác với điện áp định ta gọi điện áp định mức (U ) Từ góc độ kinh tế, kỹ thuật, chất lượng khai thác … Khi công tác với điện áp ổn định điện áp định mức, trang thiết bị công tác trạng thái tốt nhất, tin cậy có tuổi thọ dài , đem lại hiệu kinh tế Chính vậy, sai lệch (tăng lên nhỏ ) giới hạn cho phép điện áp gây cộng tác không ổn định, không tin cậy thiết bị Ví dụ : Đối với động điện ảnh hưởng đến tốc độ , mômen … từ ảnh hưởng tới tuổi thọ , chất lượng công tác hiệu công việc Các khí cụ điện công tác điện áp cao định mức dễ bị cháy áp, công tác điện áp nhỏ định mức hút không ổn định Các thiệt bị chiếu sáng phải công tác điện áp U> U công tác điện áp U< U đm đm dễ bị cháy , tuổi thọ ngắn , phải ánh sáng tối nhiều… Do , vấn đề ổn định điện áp cho máy phát vấn đề quan trọng thiếu trạm phát điện Đặc biệt trạm phát điện tàu thủy 3.1.2 Các quy định đăng kiểm ổn định điện áp cho máy phát điện tàu thủy Xuất phát từ tầm quan trọng vấn đề ổn định điện áp, nên Đăng kiểm nước có quy định chặt chẽ cụ thể cho hệ thống tự động điều chỉnh điện áp Theo quy định đăng kiểm Việt Nam a Ở chế độ tĩnh Trang: BÀI TẬP LỚN Các máy phát có khả năg ổn định điện áp khoảng (±3%)U đm đm (ΔU≤±3% U ) máy phát có công tác song song Đối với máy đm phát công tác độc lập (ΔU≤±4% U ) Khi máy phát nhận cắt tải từ đến đm đm P ; cosφ=cosφ Nếu hệ số cosφ thay đổi từ 0,6 ÷0,9 dao động điện áp nằm khoảng ±3,5U đm Thời gian độ trạng thái nhận tải tĩnh t qd =1,5s b Ở chế độ động Khi nhận cắt tải đột ngột pha đối xứng tới 60%P đm với tần số định mức với cosφ >0,4 yêu cầu điện áp không sụt áp 15% (tức ΔU≤15%) nhận tải không vượt 20% tức (ΔU≥20%) cắt bớt tới 60% tải Khôi phục điện áp sau 1,5s với sai số ±3%( với máy phát đồng công tác song song) sau 5s với sai số ΔU≤4% (với máy phát cố công tác độc lập) Trong điều kiện tần số máy phát thay đổi phạm vi ±10% với t qd =5s Trang: BÀI TẬP LỚN Hình 3.1 * Các yêu cầu khác - Hệ thống nhiên liệu đủ để cung cấp cho máy phát công tác liên tục - Hoạt động tin cậy, chắn, hỏng hóc - Dễ dàng trình vận hành, khai thác đơn giản thuận tiện cho việc sửa chữa nhỏ - Giá thành hạ 3.1.3 Các nguyên nhân gây dao động điện áp t a Do dòng tải máy phát thay đổi (I ) t - Khi dòng tải máy phát thay đổi (cosφ=const n=const), I =var xảy hai trường hợp: + Làm cho phản ứng phần ứng máy phát thay đổi gây thay đổi từ thông cuộn dây phần ứng làm thay đổi điện áp máy + Giáng áp điện trở nội phát thay đổi Fa↑↓ φth↓ EF ↓ It ↑↓ UF↓↑ ∆U↑↓ It: Dòng tải máy phát ∆U: Điện áp rơi tổng trở cuộn dây phần ứng Fa: Sức từ động phản ứng phần ứng φth: Từ thông tổng hợp máy phát EF : Sức điện động cảm ứng cuộn dây phần ứng UF : Điện áp trụ đấu dây máy phát b Do tính chất tải thay đổi ( cosφ) Nếu I=const, n=const cosφ=var làm thay đổi độ khử từ máy phát đẫn đến làm thay đổi điện áp máy phát Trang: BÀI TẬP LỚN Khi đó: cosϕ ↑↓ → Fa ↓↑ → φ↑↓ → EF ↑↓→UF↑↓ Fa tăng giảm phụ thuộc vào mức độ khử từ hay trợ từ phản ứng phần ứng Fa mức độ khử từ không gọi sức từ động c Khi tốc độ quay thay đổi F Nếu cosφ=const, I =const, n=var lúc làm cho sức điện động (E) sinh cuộn dây stator máy phát bị thay đổi dẫn đến thay đổi điện áp máy phát n ↑↓ → EF ↑↓ → UF↑↓ qd E=4,44.K Φ.W.f mà n=60f/P d Do thay đổi nhiệt độ môi trường Khi t =var làm cho điện trở cuộn dây máy phát thay đổi, từ f làm cho U =var Rư↑↓ ∆U ↑↓ t0↑↓ UF ↓↑ RKT↑↓ I KT↓↑ Trong : t0 : Nhiệt cuộn dây Rư : Điện trở cuộn dây phần ứng Rkt: Điện trở cuộn dây kích từ I kt: Dòng điện kích từ * Ngoài số nguyên nhân phụ gây dao động điện áp máy phát như: điện trở tiếp xúc chổi than vành trượt, cách điện hệ thống thấp Xuất phát từ thực tế công tác máy phát đồng trạm phát điện luôn bị tác động yếu tố thay đổi dòng tải, thay đổi tính chất Trang: BÀI TẬP LỚN tải, thay đổi nhiệt độ tốc độ quay không ổn định … Các yếu tố tác động làm cho điện áp máy phát cấp cho phụ tải không ổn định Vì máy phát đồng trang bị hệ thống tự động điều chỉnh điện áp, hệ thống tự động điều chỉnh điện áp chế tạo phong phú đa dạng Tuy nhiên dựa sở tự động điều chỉnh hệ thống tự động điều chỉnh điện áp xây dựng dựa nguyên tắc điều chỉnh theo nhiễu loạn, điều chỉnh theo độ lệch điều chỉnh kết hợp 3.1.4 Các điều kiện tự kích du đm - Máy phát phải có từu dư đủ lớn : E =(2÷5)%U - Chiều kích từ trùng với chiều từ dư : f - Có tốc độ quay đạt định mức : n =n đm n đm , Δ ≤5%n kt th - Tổng trở mạch kích từ nhỏ điện trở tới hạn: R I I KT KT = =    jX CC jX CC U + Vt I RZ + jX CC RZ + jX CC (1) b Hệ thống phức hợp pha nối tiếp - Là hệ thống phức hợp pha có tín hiệu dòng tín hiệu áp cộng áp nối tiếp với cấp cho cuộn kích từ ( cộng áp) Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý sơ dồ tương đương phức hợp pha nối tiếp Từ sơ đồ tương đương ta có: RZ = 1 + RZ jX t Vt I − U U ab 11 Trang: BÀI TẬP LỚN RZ +U 1 + RZ jX t = RZ Vt I − U I KT => I KT = jX t U + Vt I RZ + jX t RZ + jX t (2) Trong đó: t - V : Hệ số biến dòng - I t = Vt I I KT : Dòng điện chạy cuộn sơ cấp biến dòng :Dòng điện kích từ X t ( X CC ) RZ t : Trở kháng cuộn cảm CC cuộn kháng X : Điện trở mạch kích từ Từ hai biểu thức (1) (2) hệ thống phức hợp pha song song phức hợp pha nối tiếp ta thấy chức cuộn cảm X CC sơ đồ Hình 3.3 thay trở kháng Xt sơ đồ Hình 3.4 thiếu u tạo tín hiệu I lệch pha so với U f góc 90 Từ hai biểu thức ta thấy hệ thống phức hợp pha nối tiếp song song có khả giữ điện áp ổn định điện áp cho máy phát độ lớn dòng tải tính chất tải thay đổi Đây nguyên nhân gây dao động điện áp cho máy phát điện tàu thủy máy phát bờ * Sơ đồ vecto t - Khi dòng tải thay đổi : I =var, cosφ=const → I KT =var 12 Trang: BÀI TẬP LỚN Từ đồ thị vecto ta chứng minh có cosφ=const (φ=const) Nếu I thay đổi từ I ÷I dòng kích từ thay đổi từ I KT ÷I KT t làm cho điện áp máy phát thay đổi điều chỉnh điện áp máy phát đến định mức t - Khi tính chất tải thay đổi : cosφ=var; I =const → I KT =var Từ đồ vecto ta chứng minh dòng tải không thay đổi cosφ thay đổi (φ tăng từ φ ÷φ ) dòng kích từ thay đổi tăng từ 13 Trang: BÀI TẬP LỚN I KT ÷I KT làm điện áp máy phát tăng lên, điều chỉnh điện áp máy phát đến giá trị định mức * Ưu điểm hệ thống phức hợp pha - Hệ thống có nguyên lý đơn giản , tuổi thọ cao - Hệ thống hoạt động tin cậy , hỏng hóc - Có khả ổn định điện áp máy phát với nguyên nhân độ lớn dòng tải tính chất tải thay đổi có tính ổn định tốt - Thời gian cường kích nhanh ( điều chỉnh từ nguyên nhân gây dao động điện áp) * Nhược điểm hệ thống phức hợp pha - Độ xác không cao - Hệ thống thường có cấu tạo cồng kềnh, kích thước trọng lượng lớn - Khả tự kích ban đầu không cao có nhiều cuộn dây Trong thực tế sử dụng biện pháp cải thiện tự kích ban đầu sau: - Giảm tính phi tuyến mạch từ - Thay đổi đặc tính mạch kích từ giới hạn tự kích - Gia tăng từ dư ban đầu - Cấp nguồn điện áp khác thêm cho mạch kích từ - Làm tăng phản hồi dòng cách làm ngắn mạch máy phát thời điểm ban đầu Các biện pháp cải thiện tự kích áp dụng phụ thuộc vào công suất máy phát điều kiện công tác máy phát Đặc tính minh hoạ trình tự kích ban đầu : 14 Trang: BÀI TẬP LỚN U Uο Uο P P Po Eο Ikto Ikt Trong đó: Đường số : đặc tính không tải máy phát Đường số : đặc tính dòng – áp mạch kích từ, hệ thống phức hợp pha, chế độ không tải 3.2.2 Hệ thống điều chỉnh điện áp theo độ lệch - Một nhược điểm hệ thống điều chỉnh điện áp theo nhiễu (phức hơp pha) độ xác không cao Điều thật dễ hiểu hệ thống phức hợp pha có khả giữ điện áp ổn định nguyên nhân gây dao động điện áp dòng tải tính chất tải tải Mà nói đến nguyên nhân gây dao động điện áp ta phải kể đến thay đổi tốc độ quay diezel (Δn=5%) thay đổi cuộn dây máy phát Hệ thống phức hợp pha khả giữ ổn định điện áp máy phát có nguyên nhân khác gây 15 Trang: BÀI TẬP LỚN - Hệ thống điều chỉnh theo độ lệch không quan tâm đến nhiễu nguyên nhân gây thay đổi điện áp máy phát Nó biết có sai lệch điện áp thực tế máy phát khác giá trị định mức (hoặc giá trị chuẩn) hệ thống có tín hiệu điều chỉnh dòng kích từ cho phù hợp để giữ cho điện áp phát máy phát không đổi Hệ thống điều f chỉnh điện áp theo độ lệch có phần phản hồi điện áp(U ) Hình A Hình B Hình3.5 Hệ thống điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch Trong đó: - Uo: Tín hiệu điện áp chuẩn - UF: Tín hiệu điện áp thực máy phát - Đo so sánh: Đo điện áp UF thông qua biến áp , điện trở - KĐ: Bộ khuếch đại (có thể làm tranzitor, khuếch đại từ, khuếch đại thuật toán…) -ΔU: Độ lệch tín hiệu điện áp tín hiệu điều khiển -CL: Chỉnh lưu (có thể diot thyristor…) Từ sơ đồ khối (Hình B) ta thấy điệp áp thực máy phát đưa đến phần tử đo so sánh, so sánh với điện áp chuẩn U0, cho ta giá 16 Trang: BÀI TẬP LỚN trị ΔU Sự chênh lệch điện áp đưa đến khuếch đại qua khuếch đại tạo tín hiệu đủ lớn đưa tới phần tử thực (thông thường Thyristor) để tạo dòng kích từ đủ lớn phù hợp chênh lệch ΔU để kéo điện áp máy phát điện áp định mức * Nguyên lý hoạt động: Khi điện áp máy phát dao động khỏi điện áp định mức (U f>Uđm Uf[...]... sự chênh lệch ΔU để kéo điện áp máy phát về điện áp định mức * Nguyên lý hoạt động: Khi điện áp của máy phát dao động khỏi điện áp định mức (U f>Uđm hoặc Uf ... điện: 102.6 A Số pha: Tần số: 60 Hz Cos ϕ: 0.8 PHẦN II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CHO CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN 3.1 Khái niệm chung Trang: BÀI TẬP LỚN 3.1.1 Tại cần phải ổn định điện áp cho. .. điện áp máy phát Nó biết có sai lệch điện áp thực tế máy phát khác giá trị định mức (hoặc giá trị chuẩn) hệ thống có tín hiệu điều chỉnh dòng kích từ cho phù hợp để giữ cho điện áp phát máy phát. .. Vì máy phát đồng trang bị hệ thống tự động điều chỉnh điện áp, hệ thống tự động điều chỉnh điện áp chế tạo phong phú đa dạng Tuy nhiên dựa sở tự động điều chỉnh hệ thống tự động điều chỉnh điện