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 phía động cơ. Khi động cơ DC khởi động nó kéo theo máy phát xoay chiều ba pha. Sau đó đóng kích thích và điều chỉnh điện thế cùng tần số của máy để chuẩn bị cho việc hòa điện tiếp theo.
*Để tiến hành hòa điện trên lưới, dao cách ly phía thanh cái và máy cắt về phía thanh cái phải được đóng trước và khi đóng máy cắt phải mở công tắc của mạch hòa điện.
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện
*Mở công tắc hòa điện tại máy cắt của máy phát, qua bộ kiểm soát hòa điện ta điều chỉnh điện thế và tần số của máy phát sao cho bằng lưới. Kiểm tra góc lệch qua đồng bộ kế.
*Để điều chỉnh điện thế: tăng hoặc giảm dòng kích từ của máy phát. *Để điều chỉnh tần số: tăng hoặc giảm vận tốc của độnhg cơ DC. *Kiểm tra góc lệch pha qua đồng hồ đồng bộ.
*Chọn thời điểm đồng bộ lúc kim chỉ vào vạch đen của đồng hồ. Ta đóng máy cắt hòa điện, lúc này máy phát hoạt động song song với lưới.
Khi chưa hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống, điều chỉnh kích từ động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ, máy phát, điều chỉnh kích từ máy phát điện xoay chiều sẽ làm thay đổi điện áp đầu cực máy phát. Khi đã hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống, điều chỉnh kích từ động cơ một chiều sẽ làm thay đổi công suất của máy phát, điều chỉnh kích từ máy phát điện xoay chiều sẽ làm thay đổi công suất phản kháng của máy phát.
Khi máy phát làm việc ở chế độ độc lập thì phương trình của tốc độ và của dòng kích từ được biểu diễn:
n = n0 + Iư (5.1) I = Iư + Ikt (5.2)
Động cơ DC có kích từ song song nên khi tăng dòng kích từ Ikt thì Iư sẽ giảm, tốc độ động cơ tăng kéo theo tốc độ máy phát cũng sẽ tăng theo và ngược lại.
Phương trình điện áp đầu cực máy phát :
U = E0 + IRư + j(Xư + X).I (5.3) E0 = 4,44.f.W.Kdp.0 (5.4)
Mà Kkt tỉ lệ với 0 nên khi thay đổi dòng kích từ thì 0 sẽ thay đồi, E0 và U của máy phát sẽ thay đổi theo máy phát.
5.3.1.4.4.Điều chỉnh công suất tác dụng:
Khi hòa đồng bộ, ở chế độ xác lập công suất P của máy phát ứng với một góc
nhất định cân bằng với công suất cơ trên trục làm quay máy phát điện. Như vậy, muốn thay đổi P phải thay đổi góc , nghĩa là thay đổi kích từ của động cơ một chiều (công suất phản kháng cũng thay đổi theo).
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện
Ta xét trường hợp máy cực ẩn, công suất tác dụng không đổi.
Hình 5.10.Giản đồ vectơ điều chỉnh công suất phản kháng
Vì P = UIcos = OA = const (U = const), nên khi thay đổi Q, nút của véctơ I luôn nằm theo đường thẳng 1, thẳng góc U. Với mỗi I, sẽ có một trị số cos và vẽ đồ thị sức điện động tương ứng độ lớn vectơ E0 dòng kích thích it cần thiết để sinh ra E0 . (trường hợp cực lồi cũng tương tự).
Kết quả phân tích cho thấy muốn điều chỉnh Q thì phải thay đổi dòng kích từ it của máy phát điện.
5.3.1.4.6.Các điều kiện để hòa đồng bộ máy phát vào lưới:
Để thực hiện hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống thì các hệ số tức thời của điện áp máy phát điện và hệ thống phải luôn bằng nhau, tránh dòng điện xung và các môment điện từ có trị số rất lớn có thể hỏng máy và các thiết bị khác.
Có 4 điều kiện hòa đồng bộ vào hệ thống:
+ Biên độ của điện áp máy phát và điện áp lưới phải bằng nhau. + Tần số của máy phát phải bằng với tần số của lươí điện.
+ Máy phát và lưới điện có cùng thứ tự pha.
+ Pha của máy phát và pha của lưới điệnphải trùng nhau. B 0 1 2 ' E0 0 E U I ' I ' '
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện
*Điều chỉnh điện áp của máy phát bằng cách thay đổi môment hoặc tốc độ quay của động cơ máy.
*Điều chỉnh tần số bằng cách thay đổi môment hoặc tốc độ quay của động cơ sơ cấp kéo máy phát điện.
*Kiểm tra sự trung pha của bằng đèn, vônmet có chỉ số không hoặc dụng cụ đo đồng bộ. *Thứ tự pha được kiểm tra một lần sau khi ráp máy và hòa đồng bộ vào lưới điện lần đầu.
Điều kiện quan trọng nhất là pha của điện áp máy phát phải trùng pha với điện áp hệ thống, vì nếu góc lệch pha là 1800 thì sẽ nối tương đương với mạch máy phát với điện áp, dùng điện xung khi đóng cầu dao có thể lớn gấp hai lần dòng điện ngắn mạch thông thường, lực và môment điện từ lớn gấp 4 lần làm phá hỏng dây quấn, kết cấu thép, lõi thép, trục, … của máy phát điện.
5.3.1.4.7.Khảo sát máy phát AC 3 pha trong trường hợp mất kích từ:
Trong trường hợp mất kích từ: máy hoạt động ở chế độ máy phát điện không đồng bộ. Tức là: U tăng, I tăng, P >0 và Q < 0.
Ukt tăng, Ikt = 0 không còn cung cấp điện cho rôto máy phát nửa.
Do không có kích từ nó phải nhận công suất phản kháng từ lưới trả về biến đổi bù vào năng lượng kích từ bị mất, do đó dòng điện trên ba pha sẽ tăng lên vượt quá dòng điện cho phép trong trường hợp máy phát hoạt động ở chế độ định mức. Công suất tác dụng P vẫn giữ nguyên do sức kéo của động cơ DC vẫn còn. Tức là lúc này hệ thống máy phát sẽ phát công suất tác dụng lên P lưới và tiêu thụ công suất phản kháng Q. dòng điện ở stato tăng lên.
Máy phát đang làm việc ở chế độ hòa đồng bộ không được phép làm việc lâu dài ở chế độ mất kích từ. Nếu tại thời điểm mất kích từ, tải ngoài lờn thì sẽ mất đồng bộ, máy phát sẽ nhận công suất phản kháng của hệ thống về, dòng công suất phản kháng này sẽ làm từ hóa rôto gây phát nóng trong máy phát và có thể dẩn đến mất ổn định của hệ thống.
5.3.1.4.8.Khảo sát máy phát AC 3 pha trong trường hợp mất động cơ kéo:
Trong trường hợp mất lực kéo: máy phát hoạt động ở chế độ động cơ không đồng bộ tức là U giảm, I giảm, số vòng quay giảm, P < 0 và Q >0.
Chương 5: Khảo sát máy phát điện đồng bộ trong mô hình nhà máy điện
*Ukt , Ikt vẫn giữ nguyên.
*P trở về 0, công suất vẫn giữ nguyên do vẫn còn duy trì điện thế và dòng kích từ. *Tăng hay giảm kích từ để tăng hay giảm công suất Q phát lên lưới, có thể sử dụng linh hoạt để phát công suất bù lên lưới.
5.3.1.4.9.Khảo sát máy phát AC 3 pha trong trường hợp mất kích thích và lực kéo: Máy phát AC 3 pha trong trường hợp mất kích thích và lực kéo có nghĩa là P=0 và Q<0. Khi ấy:
Ukt tăng, Ikt = 0 do không còn cung cấp cho rotor máy phát nữa.
*Q < 0 do nhận công suất kháng.
*Máy phát nhận công suất P và Q từ lưới về để biến đổi điện năng thành cơ năng làm quay động cơ, tiêu hao năng lượng một cách vô ích.
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
CHƯƠNG 6
KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ LAØM VIỆC CỦA MÁY
PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ VỚI MATLAB
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
Trong điều kiện khó khăn về cơ sở vật chất thí nghiệm, các phần mềm mô phỏng là một trong những công cụ rất có có ít trong việc nghiên cứu, kiểm chứng và làm rõ các vấn đề. Trên cơ sở đó, trong chương này thực hiện khảo sát các chế độ làm việc của máy phát bằng phần mềm mô phỏng Matlab.