Tự động điều chỉnh điện áp và phân phối tải phản tác dụng

2-Góö ñieän aùp heä thoáng khoâng ñoåi ôû möùc ñoä cho tröôùc khi taûi thay ñoåi ñeán tôùi haïn vaø phaân boá taûi phaûn taùc duïng tyû leä vôùi coâng suaát cuûa maùy phaùt tr[r]

CHƯƠNG

TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VAØ PHÂN PHỐI TẢI PHẢN TÁC DỤNG

4-1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

Trong qúa trình hoạt động hệ thống lượng điện tàu thuỷ tải dùng điện thường xuyên thay đổi nên lượng công suất phát máy phát thay đổi Sự thay đổi làm thay đổi điện áp hệ thống, khơng có tự động điều chỉnh điện áp, chất luợng lượng điện xấu Đặc biệt dao động điện áp lớn có cố ví dụ có ngắn mạch, ngắt tức thời máy phát hoạt động song song tăng hay giảm tải lớn v v Trong nhửng trường hợp khơng cịn cân công suất động sơ cấp truyền cho máy phát công suất điện máy phát phát ra, làm cho máy phát rời khỏi động đồng bộ, làmø cho hệ thống hoạt động không ổn định Ở hệ thống lượng điện tàu thuỷ thường dóng mạch khởi động động có cơng suất lớn xấp xỉ cơng suất máy phát nên dòng khởi động lớn làm cho điện áp mạng giảm xuống thấp đến mức làm cho động hoạt động tự ngắt hay giảm nhanh tốc độ dừng lại

Điện áp giàm có sụt áp tổng trở cuộn dây stator máy phát tác dụng khử từ phản ứng phần ứng Khi máy phát khơng có tự động điều chỉnh điện áp điện áp giảm xng 40% Các tải dùng điện hoạt động bình thường khiđiện áp hệ thống ổn địnhvới mức định phép sai lệch phạm vi cho phép so với giá trị định mức

Để khôi phục điện áp hệ thống trở giá trị định mức bị hạ thấp ta cần điều chỉnh kích từ máy phát Qúa trình nghiên cứu khai thác hệ thống điện tàu thuỷ cho ta thấy việc tự động điều chỉnh kích từ có vai trị quan trọng đảm bảo hệ thống hoạt động tin cậy

Các hệ thống tự động điều chỉnh kích từ hệ thống lượng điện tàu thuỷ phải thoả mãn yêu cầu chất lượng cao hệ thống hoạt động nhà máy, hệ thống lượng điện tàu thuỷ hoạt động với biểu đồ ngày dêm tiêu hao công suất tác dụng phản tác dụng không đồng Hơn mạng điện táu thuỷ mạng điện mềm, khởi động động dị có công suất lớn xấp xỉ công suất máy phát gây sụt áp lớn ảnh hưởng tới hoạt dộng bình thường tải dùng điện hoạt động song sonh máy phát Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp [điều chỉnh kích từ ] phải có chất lượng khai thác cao, kích thước , trọng lượng nhỏ Đối với tải dùng điện thắp sáng, cấp điện cho thiết bị vô tuyến điện tải dùng điện đặc biệt khác không cho phép hạ thấp yêu cầu tính xác giữ điện áp không đổi

4-2 CÁC CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

1-hệ thống có khả tự kích từ

2-Gĩư điện áp hệ thống không đổi mức độ cho trước tải thay đổi đến tới hạn phân bố tải phản tác dụng tỷ lệ với công suất máy phát điều kiện hệ thống hoạt 3-Tăng kích từ máy phát cao giá trị định mức có ngắn mạch trường hợp sụt áp cố khác để nâng cao tính ổn định tĩnh động hệ thống Yêu cầu hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tăng kích từ tới giá trị cực đại 4-Đảm bảo tự khởi động lại động dị khôi phục nhanh điện áp sau loại trừ ngắn mạch

Trong thời gian ngắn mạch điện áp mạng giảm xuống nhiều làm cho động dị giảm tốc độ mô men cản trục động Khi cần tăng kích từ đến giá trị cực đại nên tăng giá trị ban đầu điện áp vào thời điểm loại trừ ngắn mạch khơi phục nhanh điện áp trình tự khởi động động 5-Khởi động dễ dàng động dị có cơng suất xấp xỉ cơng suất máy phát Nếu máy phát khơng có tự động điều chỉnh điện áp, điện áp giảm xuống đáng kể tác đơng khử từ thơng dịng khởi động, thời gian khởi động kéo dài chí không khởi động Khi máy phát co ùbộ tự động điều chỉnh điện áp điện áp khôi 6-Cải thiện điều kiện hoà đồng máy phát

hệ thống tự động điều chỉnh điện áp máy phát có khả cường kích, tăng điện áp tạo cho máy phát hồ nhanh chóng kéo vào đồng cách tin cậy

Thông qua kết nghiên cứu kinh nghiệm khai thác ta thấy tăng nhanh kích từ máy phát đạt giá trị cực đạiđể nâng cao tính ổn định vận hành song song máy phát,đảm bảo khôi phục nhanh điệ áp sau loại trừ ngắn mạch giữ cho động dị hoạt động bình thường Ngối việc cường kích máy phát cị cho phép tăng đáng kể giới hạn công suất phát Chất lượng hệ thống tự động điều chỉnh điện áp phụ thuộc vào hệ thốnh kích từ đặc tính Hệ thống kích từ máy phát cầnà có tốc độ tăng điện áp kích từ đủ lớn, giớ Đối với máy phát có máy kích từ tố độ tăng điện áp kích từ trung bình đạt giá trị từ 108-235V/gy, máy phát tự kích Để biểu thị khả cường kích người ta dùng khái niệm bội số cường kích kck , làtỳ số giũa điện áp kích từ lúc cường kích

Uktck với điện áp kích từ định mức Uktdm

ktdm ktck ck

U U k =

Đối với máy phát có máy kích từ kck= 2,5, máy phát tự

kích kck =3-4

4-3 ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐÔNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

Tuỳ thuộc vào giá trị điện ápsau trình độ, chế độ xác lập có trở giá trị cũ hay khơng, đặc tính điều chỉnh có dạng: đặc tính hữu sai đặc tính vơ sai

Khi điều chỉnh theo đặc tính vơ sai giá trị điện áp máy phát giá trị xác lập không đổi, khơng phụ thuộc giá trị tải Đặc tính hữu sai mô tả đường thẳng song song với trục Ip hình 4-1

Hình 4-1: Đặc tính điều chỉnh – Đặc tính vơ sai 2, – Đặc tính hữu sai

Khi điều chỉnh theo đặc tính hữu sai chế độ xác lập khác điện áp máy phát có giá trị khác , phụ thuộc thay đổi tải máy phát Mức độ thay đổi điện áp phụ thuộc độ nghiêng đường đặc tính hệ số sai tĩnh Theo hình 4-1 phương trình đặc tính điều chỉnh có dạng:

UF = UF0 – kc IP

UF điện áp đầu máy phát

UF0 điện áp đầu máy phát lúc khơng tải

kc hệ số sai tónh, ∆ = α

∆

= tg

I U k

p c

Quan hệ gia số điện áp máy phát với gia số dòng tải phản tác dụng xác định phương trình:

0

= ∆ + ∆UF kc Ip

Đặc tính điều chỉnh có hệ số sai tĩnh dương điện áp máy phát giảm lúc tăng tải phản tác dụng đường số có hệ số sai tĩnh âm điện áp máy phát tăng lúc tăng tải phản tác dụng đường số

4-4 CÁC NGUYÊN TẮC XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

A Tự kích

Để hệ thống tự động điều chỉnh điện áp thực tự kích cần có điều kiện sau:

1 máy phát phải có từ dư cực từ tạo ra, khoảng 2-3% từ thông định mức

2 Chiều từ thông cuộn dây kích từ máy phát có dịng điện kích từ chạy qua chiều với từ dư

3 Điện trở mạch tự kích phải nhỏ điện trở tới hạn B Các nguyên tắc xây dựng hệ thống

1-Nguyên tắc điều chỉnh theo độ lệch

PÑM UKT

CL MF

NC Tạo

chuẩn

KĐ KT UF

UF0 ∆U≡ UF0 - UF

-+

IKT

PH

-Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo độ lệch có cấu tạo hình 4-2

Máy phát đối tượng điều chỉnh, có lượng điều chỉnh điện áp máy phát UF Nhiễu máy phát dịng tải

IF

Hình 4-2 Sơ đồ khối hệ thống tự động điều chỉnh điện áp

theo độ lệch

Phần tử đo, đo điện áp máy phát Tín hiệu phần tử đo tỷ lệ với điện áp máy phát, so sánh với tín hiệu chuẩn phần tử cho trước [tạo chuẩn ]tạo nên Kết so sánh ta nhận tín hiệu tỷ lệ với giá trị thay đổi điện áp máy phát ∆U=∆UF0−∆UF Tín hiệu chỉnh lưu, khuyếch đại tác động trực tiếp hay gián tiếp lên mạch kích từ máy phát để điều chỉnh điện áp máy phát trở giá trị ban đầu

Hệ thống có ưu điểm có khả điều chỉnh điện áp điện áp thay đổi, không phụ thuộc vào nguyên nhân gây thay đổi Nhưng hệ thống có nhược điểm tính ổn định nên người ta thường đưa thêm vào hệ thống phản hồi âm mềm phản hồi âm cứng để tăng tính ổn định

2-Điều chỉnh theo nhiễu chính-dòng tải máy phaùt

Trong thực tế nhiễu tác động lên máy phát làm thay đổi điện áp có nhiều loại như: thay đổi nhhiệt độ cuộn dây kích từ, làm thay đổi điện trở cuộn dây đó, thay đổi dịng kích từ, thay đổi tốc độ quay động lai máy phát v.v Đểxây dựng hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu người ta cần đo dòng tải phản tác dụng IP biến áp phức hợp pha hay đo dòng điện máy phát biến dịng Tín hiệu đo cần chỉnh lưu, sau tác dộng trực tiếp lên cuộn kích từ máy phát để bù vào độ sụt áp dòng tải gây nên hình 4-3

Hình 4-3 Sơ đồ khối hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo dịng tải máy phát

Hệ thống có tính ổn định cao, khả cường kích tốt khơng có tính vạn điện áp máy phát thay đổi ngun nhân khác khơng phải ngun nhân dịng tải hệ thống khơng hoạt động chỉnh định khó khăn,khơng tự động phân phối tải phản tác dụng khơng có dây cân 3-Điều chỉnh theo nguyên lý kết hợp

MF

KT UF

CL Đ/C theo nhiễu I, cosϕ

+

Để khắc phục khuyết điểm tận dụng ưu điểm nguyên lý điều chỉnh ta xây dựng hệ thống theo nguyên lý kết hợp vừa theo độ lệch vừa theo nhiễu

Căn vào quan hệ tác động kênh điều chỉnh theo độ lệch kênh điều chỉnh theo nhiễu hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý kết hợp xây dựng theo nguyên tắc

Nguyên tắc thứ 1

Kênh điều chỉnh theo độ lệch gây tác động điều chỉnh ngược chiều với tác động bù sụt áp kênh điều chỉnh theo nhiễu Do máy phát chạy khơng tải chưa đóng kênh điện áp tự động điều chỉnh điện áp vào hoạt động điện áp máy phát tăng từ 10-15% địện áp định mức Khi đưa kênh điều chỉnh theo điện áp vào hoạt động điện áp máy phát hạ xuống định mức mô tả cấu tạo khái quát hệ thống hình 4-4

Hình 4-4 Sơ đồ khối hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý phức hợp theo nguyên lý

Ví dụ minh họa nguyên lý hệ thống trên:

Dùng biến áp phức hợp pha có cuộn điều khiển nhận điện chiều Dòng điện chạy qua cuộn điều khiển tác động điều chỉnh kênh điện áp Dịng từ hóa lớn điện áp cuộn thứ cấp lớn Hệ thống hãng ACEA Thụy Điển sản xuất

MF

KT UF

CL

Biến áp phức hợp pha Biến áp phức

hợp +

IF

NC

TH KÑ

TC (-)

∆U

U0F U1F UKT x

x1

x2

Điều chỉnh theo U

ĐK U

Tiếp tục tính tốn tính tốn chế độ hoạt động định mức máy phát với cơng suất P=220KW, cosϕ=0,9ta xác định dịng bù IH

4-Trường hợp ngắn mạch pha :Sơ đồ tương đương chế độ ngắn mạch pha đươc biểu diể hỉnh 35 [khơng có tụ điện] Ở chế độ ngắn mạch pha điện áp kích từ đạt giá trị giới hạn phần trên, nên Uktth = 2Uktđm =

2.33 =66v

Điện áp đặt cuộn rotor : Uktth = 66V

Dịng điện kích từ rotor máy phát : iktth = = = 220A

Điện áp đặt chỉnh lưu :

∆Uktth = ∆U1 n = (1,0 + Iktth)n = (1,0 + 220)4 = 10V

Điện trở tính tốn chỉnh lưu pha vá phía chiều :

Ra = = = 0,046Ω

Điện trở tác dụng tương đương mạch kích từ : Re = Ra + rkt = 0,046 + 0,301 = 0,347Ω

Điện áp mạch kích từ đặt điện trở tương đương Re

U0th = IktthRe = 220 0,347 = 76,2V

Điện áp mạch kích từ đưa phía xoay chiều chỉnh lưu : U0the = = = 34,5V

Dịng kích từ đưa phía xoay chiều chỉnh lưu : I0the = = = 183A

Điện áp mạch kích từ đươc đưa cuộn điện áp biến áp phức hợp pha :

U’0th = = = 115V

Dòng bù điện trở phức hợp : IOT = = = 8,6A

Tỷ số dòng bù dòng kích từ : = = 4,7%

3-Xác định thông số biến áp phức hợp pha :

Số vòng dây cuộn raW3 đựoc xác định từ chế độ tải định mức

của máy phát :

Theo cấu trúc ta cho W1 =3 ta có :

w3 = = = 23

Tiết diện mạch từ :

2 1 max u i ktñm

ktth 0,048m 48cm

2 , 702 , , 222 108 66 w I 222 i U

S = = =

β β β =

Trong Bmax =1,2vb/m2

Số lượng vịng dây cn điện áp : 77 17 , 23 68 I w i w H i ktkt

H = β = =

5-Phương trình độngcủa phần tử thường dùng hệ thống tự đông điều chỉnh điện áp : ta có hệ thốngtự động điều chỉnh điện áp hình .Để khảo sát tình độ hệ thống trước hết lập phương tình động phần tử

Để nghiên cứu trình độ máy phát tăng tải, ta lập phương trình dọc trục máy phát đồng bộ, bỏ qua trình siêu độ trình tắt nhanh,và bỏ qua thành phần không chu kỳ

Thay đổi điện áp máy phát trình độ phụ thuộc trình độ mạch kích từ

Phương trình điện áp mạch kích từ máy phát có dạng :

dt d i r

ukt = kt kt+ ψ {1} Trong đóukt điện áp kích từ máy phát

Ikt –dịng kích từ máy phát