Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu điều khiển trong máy phát điện đồng bộ

2.2. Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều và chỉnh lu

Ưu điểm của máy phát điện xoay chiều tần số cao, dòng điện một chiều sau khi qua chỉnh lu có chất lợng ổn định ( độ bằng phẳng cao ), thiết bị có kích. a ) Máy phát điện kích thích nối cùng trục với máy phát điện chính. b ) Máy phát điện kích thích quay bởi động cơ sử dụng điện áp lưới. c ) MPĐ kích thích quay bởi động cơ sử dụng năng lượng từ MPĐ công suÊt nhá. Để cung cấp nguồn cho cuộn dây kích từ của máy phát kích thích (đặt ở stato ) dùng bộ chỉnh lu có điều khiển, nguồn cung cấp cho nó có thể lấy từ một máy phát xoay chiều tần số cao hoặc từ nguồn điện xoay chiều bất kỳ.

2.3. Hệ thống kích từ dùng chỉnh lu có điều khiển

Tác động của TĐK đợc đặt trực tiếp vào cửa điều khiển của bộ chỉnh lu cấp điện cho cuộn kích từ của máy phát kích, làm thay đổi dòng kích từ tơng ứng với mục đích điều chỉnh. Năng lợng cung cấp cho cuộn dây kích thích của MPĐ đồng bộ có thể từ một máy phát điện xoay chiều ba pha có tần số từ ( 50 – 500 )Hz, hoặc từ lới điện từ dùng.

2.4. Hệ thống kích từ dùng băm áp một chiều có điều khiển

Do u điểm của hệ thống kích từ loại này, chúng đợc áp dụng trong các máy phát điện công suất trung bình và lớn có yêu cầu cao về chất lợng điều chỉnh. Khi ta điều chỉnh góc mở của Tiristor (θ) và điều chỉnh thời gian chu kỳ (T) ta điện chỉnh đợc dòng điện tảI thay đổi .dòng điện này cung cấp cho cuộn kích từ của máy phát.

1.Tóm tắt lý thuyết

Khi năng lợng truyền từ lới xoay chiều sang tải một chiều, bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh lu, khi năng lợng truyền theo chiều ngợc lại (nghĩa là từ phía tải một chiều về lới xoay chiều) thì bộ nguồn làm việc ở chế độ nghịch lu trả. Dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp có thể là một chiều, hay xoay chiều, có thể phân loại thành sơ đồ có dòng điện biến áp một chiều hay xoay chiều.

1. Chỉnh lu tia ba pha

Các thông số quan trọng của sơ đồ chỉnh lu là: dòng điện và điện áp tải; dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp; số lần đập mạch trong một chu kỳ. Số lần đập mạch trong một chu kỳ là quan hệ của tần số sóng hài thấp nhất của điện áp chỉnh lu với tần số điện áp xoay chiều. Ba pha điện áp A,B,C dịch pha nhau một góc là 1200 theo các đờng cong điện áp pha, chúng ta có điện áp của một pha dơng hơn điện.

Các Tiristior chỉ đợc mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên (nh vậy trong chỉnh lu ba pha, góc mở nhỏ nhất α = 00 sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là 300). Khi tải điện cảm (nhất là điện cảm lớn) dòng điện, điện áp tải là các đờng cong liên tục, nhờ năng lợng dự trữ trong cuộn dây đủ lớn để duy trì dòng điện khi điện áp đổi dấu, nh đờng cong nét đậm trên hình 2.2b (tơng tự nh vậy là đ- ờng cong Ud trên hình 2.1b). So với chỉnh lu một pha, thì chỉnh lu tia ba pha có chất lợng điện một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫn trong trờng hợp này cũng tơng đối đơn giản.

3. Chỉnh lu cầu ba pha

Theo hoạt động của chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng, dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mở Tiristor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod (+), một xung ở nhóm catod (-)). Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình 2.4b cần mở Tiristor T1 của pha A phía anod, chúng ta cấp xung X1, đồng thời tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho Tiristor T4 của pha B phía catod các thời. Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ đợc chạy từ pha có điện áp dơng hơn về pha có điện áp âm hơn.

Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van của nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau. Điều này có thể thấy rõ trong khoảng t1 ữ t3 nh trên hình 1.11b Tiristor T1 nhóm anod dẫn, nhng trong nhóm catod T4 dẫn trong khoảng t1 ữ t2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng t2 ữ t3. Sự phức tạp của chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng nh đã nói trên là cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó.

4.Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng

Chỉnh lu cầu ba pha hiện nay là sơ đồ có chất lợng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất. Với sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng, thì mạch điều khiển đơn giản hơn, nên trong đa số các tr- ờng hợp ngời ta hay chọn phơng án cầu ba pha điều khiẻn không đối xứng. Do công suất tải nhỏ, yêu cầu chất lợng dòng điiện, nguồn cấp ba pha, để.

Tính chọn van động lực

• Dòng điện làm việc của van đợc chọn theo dòng điện hiệu dụng của sơ đồ. Để van bán dẫn có thể làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt chúng ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý. Do tổn hao trên van ∆P >20W đợc chọn dòng điện làm việc tới 40% Iđmv, khi có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt cho phép van làm việc tới 40%Iđmv.

Để có thể chọn đợc van cho làm việc với các thông số định mức cơ bản trên, chúng ta tra bảng thông số các van ( diod, tiristor) chọn các van có thông số điện áp ngợc (Unv), dòng điện định mức(Iđmv) lớn hơn gần nhất với thông số đã.

2.Tính toán sơ bộ mạch từ

Sau khi đã có công suất của tải và các thông số điện áp và dòng điện, theo sự hiểu biết của ngời thiết kế, tiếp theo tiến hành tính toán các thông số cơ bản còn lại của biến áp động lực. Khi đã có diện tích cửa sổ Qcs, cần chọn các kích thớc cơ bản (chiều cao h và chiều rộng c với Qcs = c.h) của cửa sổ mạch từ. Dây quấn đợc bố trí theo chiều dọc trụ với mỗi cuộn dây đợc cuốn thành nhiều lớp dây, mỗi lớp dây đợc quấn liên tục các vòng dây sát nhau.

1 = Wil:Số vòng dây trên mỗi lớp Trong đó: bn - chều rộng của dây quấn chữ nhật kể cả cách điện. Số lớp dây trong cửa sổ đợc tính bằng tỷ số W - Số vòng dây của cuộn dây W1 hoặc W2 cần tính trên số vòng dây trên một lớpW1l. Bdct - bề dầy của cuộn dây cần tính, cd - bề dày của bìa cách điện.

W SDtb

• Giới thiệu về linh kiện điều khiển
• Tính toán các thông số của sơ đồ mạch điều khiển

Xung để mở Tirístor có yêu cầu: sờn trớc dốc thẳng đứng, để đảm bảo yêu cầu Tiristor mở tức thời khi có xung điều khiển (thờng gặp loại xung này là xung kim hoặc xung chữ nhật); đủ độ rộng với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của Tiristor; đủ công suất; cách ly giữa mạch điều khiển với mạch động lực (nếu điện áp động lực quá lớn). Các sơ đồ (1ữ3) đều có chung nhợc điểm là việc mở, khoá các Tranzitor trong vùng điện áp lân cận 0 là thiếu chính xác làm cho việc nạp, xả tụ trong vùng điện áp lới gần 0 không đợc nh ý muốn. Ngày nay các vi mạch đợc chế tạo ngày càng nhiều, chất lợng ngày càng cao, kích thớc ngày càng gọn, ứng dụng các vi mạch vào thiết kế mạch đồng pha có thể cho ta chất lợng điện áp tựa tốt.

Tại thời điểm Uđk = Urc, đầu vào Tr lật trạng thái từ khoá sang mở (hay ngợc lại từ mở sang khoá), làm cho điện áp ra cũng bị lật trạng thái, tại đó chúng ta đánh dấu đợc thời điểm cần mở Tiristor. KĐTT có hệ số khuyếch đại vô cùng lớn, chỉ cần một tín hiệu rất nhỏ (cỡ àV) ở đầu vào, đầu ra đã có điện áp nguồn nuôi, nên việc ứng dụng KĐTT làm khâu so sánh là hợp lý. Để có xung dạng kim gửi tới Tiristor, ta dùng biến áp xung (BAX), để có thể khuyếch đại công suất ta dùng Tr, diode D bảo vệ Tr và cuộn dây sơ cấp biến áp xung khi Tr khoá đột ngột.

Mặc dù với u điểm đơn giản, nhng sơ đồ này đợc dùng không rộng rãi, bởi lẽ hệ số khuyếch đại của tranzitor loại này nhiều khi không đủ lớn, để khuyếch đại đợc tín hiệu từ khâu so sánh đa sang. Điện áp Ud sẽ xuất hiện trên tải từ thời điểm có xung điều khiển đầu tiên, tại các thời điểm t2, t4 trong chuỗi xung điều khiển, của mỗi chu kỳ điện áp nguồn cấp, cho tới cuối bán kỳ điện áp dơng anod.

Thiết kế tủ điện

Vì dòng điện sơ cấp và thứ cấp đều rất nhỏ ta chọn sao cho tiết diện dây lớn hơn tiết diện dây ở thứ cấp biến áp xung để độ tin cậy tốt hơn.