Nguyên lý hoạt động

4.2 .Các nguyên lý xây dựng hệ thống tự động điều chỉnh điện áp

4.2.3 .Nguyên lý điều chỉnh kết hợp

4.3.2. Nguyên lý hoạt động

a/. Q trình tự kích ban đầu.

Khi khởi động Diesel lai máy phát đến tốc độ định mức, nhờ có từ dư ở lõi thép của máy phát kích từ nên ở cuộn dây phần ứng máy phát chính sẽ cảm ứng được tín hiệu điện áp dư có giá trị khoảng (2 5%) Uđm. Vì có tín hiệu phản hồi điện áp ở phần điều

chỉnh của khối phức hợp pha song song, khi đó sẽ có tín hiệu đưa đến điều chỉnh tăng dịng kích từ của máy phát nên, làm cho điện áp của máy phát tăng lên nhanh chóng. Nếu khơng có tín hiệu từ bộ hiệu chỉnh AVR tác động đến cuộn kích từ thì điện áp máy phát chính sẽ lên tới 110%Uđm. Sau đó nhờ có bộ AVR mà điện áp máy phát được kéo trở về bằng giá trị định mức.

b/. Nguyên lý hoạt động của kênh điều chỉnh theo phức hợp pha song song.

- Tín hiệu dịng ( Ii ) lấy qua biến dịng CT. - Tín hiệu áp ( Iu ) lấy qua cuộn cảm RT.

Hai tín hiệu dịng và tín hiệu áp được cộng điện với nhau trước chỉnh lưu Si2 . Sau đó đưa đến cuộn kích từ F2 của máy phát kích từ để điều chỉnh điện áp máy phát. Hai tín hiệu dịng và áp có thể thay đổi độ lớn nhờ cách thay đổi đầu đấu dây các cuộn CT, RT.

Đây là bộ điều chỉnh tạo ra dịng kích từ chính, có cơng suất điều chỉnh lớn và khả năng cường kích cao. Nó kết hợp với bộ hiệu chỉnh AVR để giảm độ quá điều chỉnh và ổn định điện áp cho máy phát khi dịng tải và tính chất tải thay đổi.

R U S U T U R I S I T I U I KT I

Hình 4.7 : Sơ đồ véctơ hệ thống phức hợp pha song song

c. Nguyên lý hoạt động của kênh điều chỉnh theo độ lệch ( AVR ).

Đây là bộ hiệu chỉnh có tác dụng giữ ổn định điện áp ln đạt giá trị định mức . + Nguyên lý hoạt động của mạch so sánh và mạch PID :

- Tín hiệu điện áp thực của máy phát được lấy qua biến áp Tr1( tạo Uv) và sụt áp trên CCR ( tạo U0 ), qua cầu chỉnh lưu D1 tạo điện áp E1 = Uv+ U0. Điện áp chuẩn E2 tạo bởi Diode zener Z1, hai tín hiệu điện áp E1 và E2 được so sánh với nhau và tạo ra tín hiệu độ lệch E3 ( E3 = E2 – E1 ) .Tín hiệu độ lệch điện áp E3 được đưa vào cửa đảo của khuyếch đại thuật tốn Q1 thơng qua điện trở R7, R8. Sau khi qua mạch khuyếch đại, bộ PID tín hiệu ra được khuyếch đại và đảo cực tính thành E3’ , đưa tới chân bazơ (B) của Tranzitor Q3 thông qua điện trở R14 và diode D3.

- Mạch PID : phần tử chính là khuyếch đại thuật tốn Q1. Mạch P lấy tín hiệu sai lệch sau mạch đo, thông qua biến trở VR, điện trở R4 , điện trở R8 và Q1. Điều chỉnh hệ số Kp thông qua VR. Mạch vi phân D được tạo bởi tín hiệu sai lệch thơng qua tụ C5, điện trở R5 và Q1. Việc điều chỉnh hệ số Kd thơng qua R5. Mạch tích phân I thơng qua tụ C6, điện trở R9 và Q1. Điều chỉnh K1 thông qua R9.

+ Mạch điều khiển đồng bộ pha.

Tín hiệu điện áp sau bộ cộng của mạch phức hợp được đưa vào cầu chỉnh lưu D13 thông qua biến áp Tr2. Tín hiệu sau cầu chỉnh lưu được đưa vào đầu vào của IC thuật tốn Q2 thơng qua điện trở R32, qua mạch tạo điện áp đồng bộ này, tín hiệu điện áp được đảo pha 900. Tín hiệu này được đưa tới chân Bazơ của Transistor Q4 nhằm kích mở Q5 để tạo ra xung kích mở các Thyristor SCR1 và SCR2 vào đúng chu kỳ của điện áp.( Tức là SCR1 mở vào đúng chu kỳ dương của điện áp xoay chiều và tín hiệu E’3 có giá trị đủ lớn )

+ Mạch điều khiển pha : Phần tử chủ yếu là Q3, Q4, Q5. Trong đó Q1 làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu sai lệch. Dòng colector được nạp cho tụ C7 thông qua R17, hằng số thời gian sẽ quyết định thời gian phát xung do Q2 tạo nên. Tín hiệu được khuếch đại bằng Q3 .Tải của Q3 là biến áp xung được đưa đến điều khiển Tiristor. Thực tế tín hiệu sau Q1 được Q3 khuếch đại rồi đưa đến nạp cho tụ C10 và hằng số thời gian của R17 và C10 sẽ tạo nên hoạt động của Q5. Tụ C10 còn được can thiệp bởi Q4. Nếu Q4 dẫn thì Q5 khơng cịn khả năng phát xung nữa.

+ Mạch Tiristor : gồm G1 và G2 được mắc đối nhau để làm việc cả hai chu kỳ điều khiển, tăng khả năng phản ứng nhanh của hệ tạo nên một dịng kích từ có phản ứng lập tức khi cần thiết, giống như sườn trước của một xung điều chỉnh, làm giảm thời gian quá độ. Cuộn L1 vừa là tải kháng, vừa đóng vai trị khi các Tiristor mở hồn tồn đúng lúc điện áp xoay chiều đang đạt mức cao.

+ Quá trình tự động điều chỉnh điện áp của máy phát :

Giả sử máy phát đang công tác với điện áp là định mức Uđm. Ta đóng thêm tải cho máy phát thì điện áp của trạm phát lập tức giảm xuống nhỏ hơn giá trị Uđm. Lúc này điện áp thực của máy phát nhỏ hơn điện áp chuẩn thì tín hiệu độ lệch E3 sau khi so sánh sẽ mang giá trị dương. Sự sai khác càng lớn thì điện áp dương đặt vào cửa đảo của khuyếch đaị thuật tốn Q1 càng lớn. Tín hiệu ra của khuyếch đại đảo Q1 càng âm đi, đưa đến chân bazơ B của Q3 giảm đi  Q3 khố bớt lại. Do đó làm cho tụ C10 được nạp chậm hơn dẫn đến Q5 phát xung chậm hơn. Tín hiệu xung do Q5 phát ra được khuếch đại qua biến áp xung Tr3. Sau đó xung từ thứ cấp biến áp xung được đưa tới chân điều khiển G1- K1 ; G2 - K2 của hai thyristor SCR1, SCR2 làm cho hai thyrisror này khố bớt lại. Lúc này dịng rẽ nhánh vào hai chân A- B của mạch thyristor chính giảm đi. Do đó dịng điện kích từ đi vào cầu chỉnh lưu Si2 sẽ tăng lên. Dẫn đến dịng kích từ đưa đến cuộn kích từ F2 của máy phát kích từ sẽ tăng lên, làm tăng dịng kích từ của máy phát chính dẫn đến điện áp của máy phát sẽ tăng dần lên cho đến khi đạt giá trị định mức.

Khi ngắt bớt tải, điện áp của máy phát lớn hơn so với giá trị điện áp định mức thì quá trình xẩy ra ngược lại. Trong trường hợp này Q3 thông hơn dẫn đến tụ C10 nạp nhanh hơn, thời gian đạt tới điện áp phóng nhanh, Q5 phát xung sớm. Hai Thyristor SCR1, SCR2 mở nhiều hơn dẫn đến dòng rẽ nhánh vào hai chân A-B lớn, dịng kích từ đưa đến F2 giảm đi, điện áp máy phát nhanh chóng đưa về giá trị định mức.

+ Q trình phân chia tải vơ công các máy phát khi công tác song song được thực hiện theo phương pháp kết hợp giữa điều khiển đặc tính ngồi lấy tín hiệu từ dòng tải và phương pháp nối dây cân bằng phía xoay chiều (trình bày ở chương V)

4.3.3. Chỉnh định hệ thống :

- VR : Chỉnh định điện áp ban đầu khi chưa đóng tải. Nó được lắp đặt trên bảng điện chính cùng với vơn kế để chỉnh định.

- CCR : Biến trở điều chỉnh độ nghiêng của đặc tính ngồi thực hiện phân chia tải vô công khi các máy phát công tác song song.

- R5, R9 : Chỉnh định hệ số PID.

- R12 : Chỉnh định tín hiệu phản hồi điện áp vào Q1.

4.3.4.Nhận xét, đánh giá.

Kết luận : Đây là một trong những hệ thống mới, hiện đại được sử dụng nhiều trên

các đội tàu đóng mới của Việt Nam. Hai tầng khuếch đại điện từ đã tạo nên một máy phát đồng bộ không chổi than. Với hai tầng khuếch đại này thì hệ số khuếch đại là khá lớn, nên khơng địi hỏi cơng suất lớn. Như vậy sẽ giảm đáng kể kích thước, trọng lượng cũng như hiệu quả kinh tế ban đầu cũng như khi vận hành khai thác.

CHƯƠNG V : CÔNG TÁC SONG SONG VÀ PHÂN CHIA TẢI CHO CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN.

5.1.Đặt vấn đề.

Trên mỗi con tàu trạm phát được thiết kế để cơng tác độc lập, mỗi tàu có thể chỉ cần trang bị một máy phát là đủ. Tuy nhiên đặc tính con tàu làm việc ở nhiều chế độ khác nhau, đồ thị tải ln ln thay đổi và có sự chênh lệch rất lớn. Ở chế độ này thì máy phát có thể chạy đủ tải nhưng ở chế độ khác thì có thể non tải thậm chí khơng tải ( ví dụ như khi tàu đứng trong cảng không là hàng ). Các tổ hợp Diesel – máy phát đạt hiệu quả kinh tế cao nhất khi nó chạy khoảng 75÷85% cơng suất định mức.Vì vậy khi hiện nay trạm phát thường được thiết kế gồm nhiều ( thường là 3) máy phát có tổng cơng suất nhỏ hơn tổng cơng suất của trạm phát. Chúng có thể làm việc độc lập khi tải nhỏ và có thể cơng tác song song khi tải lớn. Cơng tác song song các máy phát có nhiều ưu điểm nổi bật như : + Có thể thêm vào hoặc bớt đi các máy phát khi cần thiết.

+ Chủ động trong việc khởi động những động cơ công suất lớn

+ Điện áp trên lưới có khả năng phục hồi nhanh ( tqđ nhỏ) giữ cho chất lượng cung cấp điện tốt.

+ Khả năng cung cấp nguồn liên tục cho các phụ tải ngay cả khi một máy phát bị sự cố không thể hoạt động hoặc cần đổi máy phát công tác.

+ Giảm được kích thước trọng lượng dẫn đến tăng hiệu quả kinh tế của các thiết bị phân phối, cung cấp.

Tuy nhiên khi công tác song song cũng có những nhược điểm như :

+ Phải trang bị những thiết bị vận hành song song,các thiết bị để đưa máy phát, cắt máy phát ra cũng như các thiết bị điều khiển, điều chỉnh trong quá trình hoạt động.

+ Đòi hỏi các máy phát phải thỏa mãn các điều kiện khi công tác song song. + Hệ thống được thiết kế công tác song song bao giờ cũng có cấu trúc phức tạp hơn do đó độ tin cậy sẽ giảm, đồng thời đòi hỏi người vận hành khai thác phải có trình độ chun mơn cao.

+ Hệ thống gồm các máy phát song song khi xảy ra ngắn mạch thì dịng ngắn mạch ln lớn hơn vì vậy các thiết bị bảo vệ cũng phải lựa chọn thích hợp và tin cậy hơn.

5.2. Các điều kiện hịa đồng bộ chính xác.

Hịa đồng bộ giữa các máy phát là đưa một máy phát từ trạng thái không công tác đến cùng cung cấp năng lượng cho thanh cái đang có một hoặc nhiều máy phát cơng tác. Q trình hịa đồng bộ được coi là thành cơng nếu nó khơng gây ra xung dịng lớn và thời gian quá độ ngắn. Để hịa đồng bộ thành cơng thì tại thời điểm hịa véc tơ điện áp tức thời của máy phát và lưới trong các pha tương ứng phải bằng nhau.

Các giá trị điện áp tức thời trên lưới ở mỗi pha : uRL = URL.sin (Lt + RL)

uTL = UTL.sin (LtTL 4/3)

Các giá trị điện áp tức thời của máy phát định hòa : uRG = URG.sin (GtRG)

uSG = USG.sin (GtSG 2/3)

uTG = UTG.sin (GtTG 4/3) Để hịa đồng bộ thành cơng thì phải có :

uRL = uRG uSL = uSG uTL = uTG

Muốn có được điều kiện trên thì :

URG = URL, USG = USL, UTG = UTL ; Đồng thời : G = L và :

RG

RG 

  , SG SL, TG TL;

Như vậy để hịa đồng bộ thành cơng thì phải có các điều kiện sau : 1/ Điện áp máy phát cần hòa phải bằng điện áp lưới.

2/ Tần số máy phát cần hòa phải bằng tần số lưới.

3/ Thứ tự các pha của máy phát cần hòa phải giống thứ tự pha của lưới.

4/ Góc pha đầu tiên của điện áp máy phát cần hịa phải giống góc pha đầu tiên của điện áp cùng tên của lưới điện.

Trong bốn điều kiện trên thì điều kiện thứ 3 ít khi xảy ra vì nó được giữ cố định ngay từ khi lắp ráp. Điều kiện thứ nhất cũng ít gây ra sự cố vì mỗi máy phát đều có hệ thống tự động điều chỉnh điện áp và điện áp máy phát được đặt cố định. Khi máy phát khởi động thành cơng thì đạt ngay điện áp định mức ( sau thời gian quá độ tqđ rất nhỏ ). Điện áp sai khác U = UL – UG < Upha như trong đồ thị véc tơ hình 5-1a/.

.  L U  G U  U .  L U . L U  G U  U  G U  U   t I  cb I   I   cb I  cb I  U  SL U  SG U

Hình 5.1. Đồ thị véc tơ trường hợp điện áp máy phát cần hòa và lưới có trị số khác nhau

Khi đó độ sai lệch điện áp Usẽ tạo nên dịng cân bằng Icb có giá trị khơng q lớn. Vì điện trở thuần cuộn dây phần ứng máy phát là không đáng kể nên dòng cân bằng sẽ nhanh pha hơn điện áp một góc là 900 điện. Lúc này trong cuộn dây máy phát đang

nhận tải sẽ tồn tại một dòng điện   I =  T I +  cb

I .Dịng này khơng nguy hiểm và có thể vượt trước điện áp pha .Trong máy lúc này có phản ứng phần ứng trợ từ.

Trường hợp nguy hiểm nhất là tần số khác nhau và pha ban đầu khác nhau như đồ thị vec tơ hình 5.1b/ . Lúc đó :



U= UL - UG

Biểu thức tức thời có dạng :

us = u= uL – uG = U1msinLt - U2msinGt

Vì điện áp có biên độ như nhau nên sau khi biến đổi ta được : us = u= 2U.cos 2 G L    .sin 2 G L    .t

Gọi s LG là tần số trượt thì u sẽ thực hiện dao động theo hàm sin với tần số là

s

 /2, tuy nhiên biên độ của dao động này lại đồng thời dao động theo hàm cos với tần số

2

G

L 

 

như hình 5.2. Điện áp unày sinh ra dòng cân bằng chậm pha so với u một góc 900 điện. Dịng cân bằng được tính theo cơng thức : icb = u/jx” và trị số hiệu dụng được tính : Icb = " 2 180 sin 2 " X U X U    

Trong đó X” là điện kháng siêu quá độ. Dòng cân bằng này có thể lên tới hàng ngàn Ampe tùy thuộc vào điện áp và công suất máy phát.

L u uG L u uG t  G L u u u   t  s   2

5.3.Các phương pháp hòa đồng bộ.

- Tự hòa đồng bộ : là q trình đóng máy phát chưa được kích từ vào công tác song song với các máy phát khác sau khi đã quay máy phát đến tốc độ định mức sau đó mới kích từ nên điện áp định mức.

Phương pháp này gây ra xung dịng lớn khơng thể áp dụng cho trạm phát điện tàu thủy vì cơng suất của máy phát muốn hịa tương đương với cơng suất của trạm phát. - Hòa đồng bộ : là phương pháp đưa một máy phát đã được kích từ đến điện áp định mức vào công tác song song với các máy phát khác. Hịa đồng bộ cũng có thể chia làm hai cách : hịa đồng bộ chính xác và hịa đồng bộ thơ.

Hịa đồng bộ chính xác là tại thời điểm đóng máy phát lên thanh cái tất cả bốn điều kiện phải được thỏa mãn.Để kiểm tra các điều kiện hịa đồng bộ chính xác và chọn thời điểm đóng máy phát cơng tác song song có các phương pháp sau :

- Kiểm tra hịa đồng bộ chính xác bằng phương pháp đèn tắt.