5.2.1.Nhóm máy điện:
5.2.1.1.Động cơ điện xoay chiều ba pha: động cơ nhận điện từ hệ thống, quay máy phát điện một chiều. Động cơ là loại động cơ rotor dây quấn, khởi động bằng cách sử dụng các điện trở ghép thêm vào rotor.
5.2.1.2.Máy phát điện một chiều: là loại máy phát kích từ song song. Điện áp đầu ra được điều chỉnh nhờ biến trở nối vào cuộn kích từ. Servo-motor được sử dụng để quay biến trở. Trên bảng điều khiển có các nút nhấn tăng giảm tương ứng điều chỉnh chiều quay và góc quay của servo-motor. Nhờ đó có thể thay đổi điện áp đầu ra của máy phát điện một chiều bằng các nút nhấn tăng giảm điện áp đặt trên bảng điều khiển.
5.2.1.3.Động cơ điện một chiều: là loại động cơ kích từ song song. Moment đầu ra được điều chỉnh nhờ biến trở nối vào cuộn kích từ. Servo-motor được sử dụng để quay biến trở. Trên bảng điều khiển có các nút nhấn tăng giảm tương ứng điều chỉnh chiều quay và góc quay của servo-motor. Nhờ đó có thể thay đổi moment đầu ra (và tốc độ) của động cơ điện một chiều bằng các nút nhấn tăng giảm đặt trên bảng điều khiển. Động cơ một chiều khởi động bằng cách nối tiếp các điện trở vào phần ứng.
Sử dụng động cơ DC để quay máy phát ba pha vì động cơ DC có thể thay đổi tốc độ dễ dàng đạt chất lượng cao, dải điều chỉnh rộâng thông qua kích từ của nó, do đó có thể làm thay đổi tốc độ máy phát, thay đổi được tần số khi hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống điện. Còn động cơ xoay chiều ba pha khó điều chỉnh tốc độ và có tốc độ luôn bé hơn tốc độ đồng bộ.
Ưu điểm của việc sử dụng động cơ DC là đơn giản, rẽ tiền phù hợp với mô hình phòng thí nghiệm. Còn khuyết điểm là phải dùng thêm động cơ ba pha AC để kéo máy phát điện DC cung cấp điện cho động cơ DC.
Không nên thay thế mô hình này vì nếu dùng động cơ sơ cấp thì không thể điều chỉnh được tốc độ của máy phát và không thực hiện được việc hòa đồng bộ máy phát AC vào lưới được. Nếu dùng chỉnh lưu thì muốn điều chỉnh tốc độ phải dùng các thiết bị điều chỉnh công suất rất phức tạp khó thực hiện với mô hình mô phỏng như phòng thí nghiệm.
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện
5.2.1.4.Máy phát điện xoay chiều: là loại máy phát ba pha cực ẩn. Máy phát kích từ được gắn đồng trục với máy phát điện. Kích từ máy phát được thay đổi nhờ biến trở điều chỉnh bằng servo-motor. Ở đầu phía động cơ điện một chiều có gắn máy phát tốc. Máy phát tốc là loại máy phát điện một chiều có điện áp đầu ra tỉ lệ với tốc độ quay của bộ động cơ một chiều – máy phát xoay chiều. Tín hiệu điện áp này cấp cho đồng hồ đo tốc độ đặt trên bàn điều khiển.
5.2.2.Trạm phân phối điện:
Trong trạm phân phối điện, các máy cắt và dao cách ly được mô phỏng bằng các contactor. Thanh góp điện được mô phỏng bằng các thanh dẫn đồng. Trạm phân phối điện có dạng hệ thống hai thanh góp. Máy cắt và dao cách ly được điều khiển từ xa nhờ các khóa đóng cắt đặt trên bảng và bàn điều khiển. Trong thực tế máy cắt và dao cách ly có thể được điều khiển tại chỗ (tại vị trí đặt thiết bị) hay điều khiển từ xa (phòng điều khiển).
5.2.3.Bảng và bàn điều khiển:
Bảng và bàn điều khiển được sử dụng để vận hành nhà máy điện từ xa, các thao tác thực hiện trên các bộ phận điều khiển trên bảng và bàn điều khiển sẽ tác động điều khiển đến thiết bị tương ứng. Các thành phần trên bảng và bàn điều khiển như thanh góp, dao cách ly, máy cắt, động cơ, máy phát đều có các thiết bị tương ứng đặt trong phòng thiết bị.
5.2.3.1.Ký hiệu máy cắt, dao cách ly:
Trên bảng và bàn điều khiển, các ký hiệu hình tròn tượng trưng cho dao cách ly, hình vuông tượng trưng cho máy cắt.
5.2.3.2.Khóa xoay nhận:
Khóa xoay nhận có nhiệm vụ điều khiển máy cắt hay dao cách ly. Khóa xoay nhận được đặt ở tủ điều khiển để điều khiển đóng cắt các thiết bị cao áp.
Nguyên tắc hoạt động: Để nhận biết vị trí đóng mở của máy cắt hay dao cách ly, cần căn cứ vào đèn báo của khóa xoay nhấn: vị trí của máy cắt và dao cách ly có cùng vị trí với khóa thì đèn tắt, khác vị trí đèn sáng. Để thao tác đóng mở máy cắt hay dao cách ly nhấn khóa xoay nhận ở vị trí điều khiển (đóng hoặc cắt).Ví dụ xem hình 5.3.
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện
5.2.3.3.Đèn hiển thị: Hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị trong mô hình.
5.2.3.4.Đồng hồ đo: Đo lường các đại lượng điện tại các vị trí khác nhau trong mô hình.
5.2.3.5.Nút nhấn:
Các nút nhấn màu đen được sử dụng để thao tác kiểm tra đèn, chấp nhận sự cố (khi đi kèm với đèn hiển thị), tăng giảm kích từ (khi đi kèm với máy phát, động cơ).
Các nút nhấn ON/OFF bình thường được sử dụng bằng khóa xoay nhận. Khác với nút nhấn thông thường, khóa xoay nhận có các tính năng hoạt động như sau:
+ Xoay nút nhân để kiểm tra trạng thái thiết bị cần thao tác đang ở vị trí có phù hợp hay không, lúc này thiết bị chưa tác động.
+ Nhấn nút. Sau khi kiểm tra trạng thái là phù hợp, người ta thực hiện nhấn nút để thực hiện việc đóng hay cắt thiết bị, lúc này thiết bị sẽ bị tác động đóng hay cắt.
Sử dụng khóa xoay nhận cho độ an toàn cao vì trong nhà máy điện hay trạm điện có công suất lớn, một thao tác không đúng quy trình hay trình tự sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng: dao động toàn bộ hệ thống, mất điện diện rộng, tai nạn,…
A B C F
Đèn sáng
Hình 5.3.Ký hiệu khóa xoay nhận A. Vị trí đóng của khóa điều khiển
B. Vị trí cắt của khóa điều khiển
C. Khóa điều khiển ở vị trí đóng, đèn sáng -> thiết bị đang ở vị trí cắt. D. Khóa điều khiển ở vị trí đóng, đèn tắt -> thiết bị đang ở vị trí đóng E. Khóa điều khiển ở vị trí cắt, đèn sáng -> thiết bị đang ở vị trí đóng. F. Khóa điều khiển ở vị trí cắt, đèn tắt -> thiết bị đang ở vị trí cắt.
D E
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện
Nút xoay nhận còn có thể đảm bảo ngăn ngừa việc tác động sai do vô tình chạm phải các nút nhấn khi vận hành.
Nút xoay nhận được chế tạo với mục đích tượng hình, nhìn vào nút kết hợp với đèn báo lắp trong nút và sơ đồ vận hành trên tủ điều khiển người vận hành có thể biết được trạng thái thực tế của thiết bị.
5.2.3.6.Bộ đồng hồ hòa đồng bộ:
Sử dụng để hòa đồng bộ máy phát điện vào hệ thống. Bộ đồng hồ hòa đồng bộ gồm có một đồng hồ đôi đo tần số, hai đồng hồ đo điện áp, một đồng hồ đo so lệch điện áp, một đồng hồ đo so lệch pha (đồng bộ kế).
5.2.3.7.Khóa lựa chọn điện áp, dòng điện:
Sử dụng để lựa chọn điện áp, dòng điện (pha, dây) hiển thị trên đồng hồ đo điện áp, dòng điện tương ứng.
5.2.3.8.Liên động giữa máy cắt và dao cách ly:
Cần phải thực hiện khóa liên động giữa máy cắt và dao cách ly để bảo vệ an toàn hệ thống. Phải đảm bảo cho dao cách ly luôn thao tác đóng ngắt ở trạng thái không có dòng điện chạy qua nó. Nói cách khác khi đóng nguồn điện, dao cách ly được đóng trước, sau đó đóng máy cắt. Khi cắt nguồn điện máy cắt được cắt trước, sau đó cắt dao cách ly. Giữa máy cắt và dao cách ly có hệ thống liên động cơ và điện để tránh việc tác động nhầm lẫn dẫn đến hư hỏng thiết bị.
5.3.Quá trình hoạt động của mô hình:
Nguồn điện xoay chiều từ hệ thống được đưa vào mô hình hệ thống hai thanh góp nhờ đóng các máy cắt và cách ly từ hệ thống, sau đó đóng các dao cách ly cấp điện cho động cơ ba pha xoay chiều. Sau khi động cơ chạy ổn định, đóng kích từ máy phát điện một chiều, chờ điện áp đầu cực máy phát tăng lên và ổn định, đóng các máy cắt và dao cách ly tương ứng khởi động động cơ một chiều. Sau đó tiến hành khởi động, điều chỉnh và hòa đồng bộ máy phát.
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện
5.3.1.Khảo sát chi tiết mô hình: 5.3.1.1.Khảo sát động cơ điện ba pha: 5.3.1.1.Khảo sát động cơ điện ba pha:
5.3.1.1.1.Thông số của động cơ điện AC 3 pha
Uđm = 220/380 V Iđm = 76/44 A P = 22 kW nđm = 1450 vòng/phút cos = 0,86 f = 50 Hz
5.3.1.1.2.Mạch khởi động động cơ AC ba pha: 5.3.1.1.2.1.Sơ đồ thực tế:
Hình 5.4.Sơ đồ thực tế mạch khởi động động cơ AC ba pha
D2 TG TG L
D2 TG TG L
D1 K
ĐIỆN TRỞ KHỞI ĐỘNG
Bảng thiết bị của mạch khởi dộng cơ AC:
D1, D2, L : contactor TG : rơle thời gian K : rơle nhiệt
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện
5.3.1.1.2.2.Sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiển:
Hình 5.5.Sơ đồ nguyên lý mạch động cơ và mạch điều khiểnđộng cơ AC ba pha
Giải thích mạch:
Khi khởi động động cơ:
*Cuộn dây L được cấp điện sẽ đóng tiếp điểm cung cấp điện cho động cơ khởi động với dòng điện khởi động ban đầu nhỏ do các điện trở mở máy R1, R2 mắt nối tiếp với cuộn dây quấn rôto.
L K KĐB L K TG1 D1 TG2 D2 ~ L K D1 D2 R1 R2 đc AC
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện
*Rơle thời gian sau một thời gian làm việc định trước (t1) sẽ đóng tiếp điểm D2 loại bỏ cấp điện trở mở máy thứ nhất ra khỏi mạch.
*Tương tự, rơle thời gian thứ hai cũng sau một thời gian làm việc định trước (t2>t1) sẽ đóng tiếp điểm D1 loại bỏ cấp điện trở mở máy thứ hai ra khỏi mạch khởi động và hoàn tất việc khởi động.
*Động cơ hoạt động ở chế độ bình thường và nhiệm vụ của nó là kéo máy phát điện một chiều.
Mạch khởi động được sử dụng do:
Khi mở máy động cơ cần bảo đảm cần bảo đảm các yêu cầu cơ bản sau: + Môment mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải. + Dòng điện càng nhỏ càng tốt.
Khi khởi động động cơ không đồng bộ bằng cách nối trực tiếp động cơ vào lưới, dòng khởi động cao có thể ảnh hưởng đến lưới điện và các thiết bị sử dụng chung lưới điện này.
Do vậy, cần phải có biện pháp mở máy để vừa hạn chế dòng điện lúc mở máy vừa đảm bảo môment mở máy cần thiết. Ưu điểm chính của động cơ rôto dây quấn là có thể thêm điện trở vào rôto để giảm dòng khởi động và tăng môment khởi động. Khi điều chỉnh điện trở ở rôto một cách thích hợp thì sẽ được trạng thái mở máy lý tưởng.
5.3.1.1.2.3.Đặc tuyến môment – tốc độ khi khởi động của động cơ AC:
3 2 1 M2 M MLV M1 0 2 1 LV
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện 1- Đặc tính khi đóng L D1, D2 mở 2- Đặc tính khi đóng L D1 đóng, D2 mở 3- Đặc tính khi L đóng D1, D2 đều đóng 5.3.1.2.Khảo sát máy phát DC:
Máy phát DC hoạt động được nhờ ghép đồng trục với động cơ AC ba pha. *Thông số cơ bản của máy phát điện DC:
Uđm = 220 V Iđm = 86,5 A P = 19 kW nđm = 1445 vòng/phút Ukt = 167 V Iđm = 1,86 A 5.3.1.3.Khảo sát động cơ DC:
Động cơ DC hoạt động được trên cơ sở điện áp cấp từ máy phát điện DC. 5.3.1.3.1.Thông số cơ bản của động cơ điện DC:
Uđm = 220 V Iđm = 78 A P = 20 hp nđm = 1500 vòng/phút Ukt = 220 V Iđm = 1,85 A 5.3.1.3.2.Mạch khởi động động cơ DC: 5.3.1.3.2.1.Sơ đồ thực tế:
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện
Hình 5.7.Sơ đồ thực tế mạch khởi động động cơ DC 5.3.1.3.2.2.Sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiển:
Hình 5.8.Sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển động cơ DC
Giải thích mạch:
Khi khởi động động cơ, contactor D3 luôn đóng hai điện trở R1, R2 đều sử dụng nên dòng qua động cơ nhỏ.
D1 TG TG D3
D2 K
ĐIỆN TRỞ KHỞI ĐỘNG
D1, D2, D3: contactor
TG : rơle thời gian K : Rơle nhiệt ~ K D3 R1 R2 D1 D2 ĐC
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện
Sau một khỏang thời gian 2 – 3 giây (thời gian này chỉnh được trên rơle thời gian TG của D1) tiếp điểm của contactor D1 bình thường hở bây giờ đóng lại, điện trở R1 bị ngắn mạch.
Vì sau khoảng 2 – 3 giây, động cơ đã đạt được vận tốc nhất định nên sứa điện động cảm ứng E tăng lên và do đó dòng điện qua động cơ giảm xuống nên lúc này ta cần phải cắt bớt điện trở R1.
Sau khoảng 2 – 3 giây tiếp theo (thời gian này cũng chỉnh được nhờ rơle thời gian của D2) tiếp điểm của contactor D2 đóng lại để cắt R2 ra khỏi mạch khởi động và khi khởi động xong D3 cũng cần mở ra.
Trong mạch còn có rơle nhiệt K, nó sẽ bảo vệ mạch khởi động và động cơ khi có quá dòng điện. Hoặc khi động cơ mất kích từ, dòng từ nguồn qua cuộn dây phần ứng lớn có thể gây cháy cuộn dây khi đó K sẽ cắt…
Mạch khởi động được sử dụng do:
Ở hệ thống trên, để điều chỉnh máy phát điện đồng bộ xoay chiều 3 pha được linh hoạt, người ta chọn động cơ kéo phía sơ cấp là một động cơ DC. Lọai động cơ này có đặc tuyến điều chỉnh tốc độ khá đơn giản và dễ dàng.
Ngoài ra:
_Động cơ DC được khởi động với hai cấp điện trở phụ để tạo môment mở máy lớn. _Động cơ DC có thể thay đổi vận tốc dễ dàng.
_Dễ dàng điều chỉnh công suất P, Q theo ý muốn.
5.3.1.3.2.3.Đặc tuyến môment – tốc độ khi khởi động của động cơ DC:
Hình 5.9.Đặc tuyến môment-tốc độ khi khởi động của động cơ DC
0 đm 0 Mđm M 1 2 3 1- Đặc tính khi đóng D3 D1, D2 mở 2- Đặc tính khi đóng D3 D1 đóng, D2 mở 3- Đặc tính khi D3 đóng D1, D2 đều đóng
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện
5.3.1.4.Khảo sát máy phát điện AC : 5.3.1.4.1.Thông số máy phát AC ba pha:
Uđm = 220/380 V Iđm = 23 A P = 12 kW nđm = 1500 vòng/phút cos = 0,8 f = 50 Hz
5.3.1.4.2.Quá trình vận hành hòa đồng bộ máy phát ba pha vào lưới: Trong quá trình vận hành cần lưu ý :
*Khi đóng điện: đóng dao cách ly trước, đóng máy cắt sau và đóng điện từ nguồn về phụ tải.
*Khi ngắt điện: ngắt máy cắt trước, mở dao cách ly sau và ngắt điện từ phía phụ tải về nguồn.
Trong hệ thống, để điều chỉnh máy phát xoay chiều ba pha được linh động người ta dùng một động cơ DC để kéo phía sơ cấp.
5.3.1.4.3.Trình tự thao tác và vận hành hệ thống:
*Đầu tiên đóng điện về đến thanh cái bằng máy cắt và dao cách ly.
*Để khởi động động cơ xoay chiều, lần lược đóng các dao cách ly và máy cắt. Khi động cơ khởi động kéo theo máy phát điện DC bằng bộ khớp nối ở hai đầu trục giữa hai máy. Sau đó đóng kích thích và điều chỉnh điện thế máy phát DC.
*Để khởi động động cơ DC ta đóng dao cách ly và máy cắt tuần tự từ phía máy phát đến