60 Φ (Φ max Φ min)
2.3.1 Cơ sở lý thuyết điều chỉnh điện ỏp và phương phỏp điều chỉnh
2.3.1.1 Cơ sở lý thuyết
Khi điều chỉnh điện ỏp và cường độ dũng điện của mỏy phỏt trong cỏc hệ thống cung cấp điện thỡ đối tượng điều chỉnh là mỏy phỏt và accu. Hoạt động đồng thời của mỏy phỏt cựng accu xảy ra khi cú sự thay đổi vận tốc quay của phần ứng (rotor) của mỏy phỏt, của tải và của nhiệt độ trong phạm vi rộng. Để cỏc bộ phận tiếp nhận điện năng làm việc bỡnh thường thỡ điện thế của lưới điện phải khụng đổi. Vỡ vậy, cần phải cú sự điều chỉnh điện thế.
Trong quỏ trỡnh vận hành, mỏy phỏt cú thể cú những trường hợp khi tải vượt quỏ trị số định mức. Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng bị chỏy, làm giảm khả
năng chuyển đổi mạch hoặc quỏ nhiệt, dẫn đến tăng tải trờn cỏc chi tiết cơ khớ của hệ thống dẫn động mỏy phỏt. Vỡ vậy, cần cú thiết bị đảm bảo sự hạn chế
dũng điện của mỏy phỏt. Tất cả cỏc chức năng này ở hệ thống cung cấp điện cho ụtụ, mỏy kộo được thực hiện tự động nhờ bộ điều chỉnh điện thế và dũng điện.
Điện thế của mỏy phỏt một chiều hoặc xoay chiều cú thể được biểu diễn bởi cụng thức:
Umf = Ce.n. - 2Uo - Rtđ.Imf (2.20) Trong đú:
Ce : hằng số kết cấu của mỏy phỏt.
Ce = pn/60.a (đối với mỏy phỏt một chiều).
Ce = 4.kp.k.ko.p.w/60 ( đối với mỏy phỏt xoay chiều)
kp : hệ số chỉnh lưu, xỏc định qua tỉ số giữa điện ỏp chỉnh lưu
trung bỡnh và điện ỏp pha.
n : vận tốc quay của rotor mỏy phỏt.
2Uo : độ sụt ỏp trờn bộ chỉnh lưu của mỏy phỏt (với mỏy phỏt một
chiều 2Uo là độ sụt ỏp trờn chổi than).
Rtd : điện trở tương đương của mỏy phỏt cú tớnh đến độ sụt ỏp
trong mỏy phỏt và bộ chỉnh lưu (với mỏy phỏt xoay chiều
Rtd : là một biến số phụ thuộc vào vận tốc quay của rotor).
Imf : dũng điện của mỏy phỏt.
Ko : hệ số dõy quấn.
K: hệ số dạng từ trường.
Từ thụng của mỏy phỏt được kớch thớch bằng điện từ cú thể biểu diễn qua dũng kớch thớch.
Trong đú:
o Ik
(a b . Ik )
o : từ dư.
a, b : cỏc hệ số của đường cong từ húa.
Hỡnh 2.26: Đặc tuyến từ và hiệu điện thế mỏy phỏt phụ thuộc vào dũng kớch từ
Để xỏc định cỏc hệ số a,b trờn đường đặc tớnh khụng tải (hỡnh 2.26), ta
chọn hai điểm: điểm 1 trờn đoạn thẳng, điểm 2 trờn đoạn bóo hoà. Bỏ qua ảnh
hưởng của từ dư o và độ sụt ỏp trờn bộ chỉnh lưu 2Uo đối với những điểm đó
chọn, ta cú thể viết:
U1 = Ce.n.Ik1/(a + bIk1). U2 = Ce.n.Ik2/(a + bIk2).
n
a = [Ce.n.Ik1.Ik2(U2 – U1)] / [U1.U2(Ik2 – Ik1)]. b = [Ce.n. (U1. Ik2 – U2.Ik1)] / [U1.U2(Ik2 – Ik1)].
Nếu tớnh đến những giả thiết đó nờu, phương trỡnh (4.16) sẽ cú dạng:
Umf = Ce.n.Ik / (a + b.Ik) - Rtđ.Imf (2.21) Như vậy, để cho điện ỏp mỏy phỏt khụng thay đổi khi vận tốc của phần ứng và tải thay đổi trong phạm vi rộng, cần phải thay đổi dũng điện kớch thớch. Quy luật thay đổi dũng kớch thớch cú thể xỏc định từ (2.21).
Ik = [(Umf + Rtđ.Imf).a] / [Ce.n – (Umf + Rtđ.Imf).b] (2.22) Vỡ vậy, khi vận tốc phần ứng mỏy phỏt tăng thỡ dũng điện kớch thớch phải giảm, cũn khi tải tăng thỡ dũng điện kớch thớch tăng. Phạm vi thay đổi của vận tốc phần ứng, mà khi ấy điện thế của mỏy phỏt phải giữ cố định được xỏc định bởi hệ số tốc độ:
Kn = nmax (K
nmin = 6 8 đối với ụtụ, 3 4 đối với mỏy kộo)
Hệ số dũng kớch thớch được xỏc định bởi KI = Ikmax/Ikmin cú thể suy ra từ
phương trỡnh (4.18) từ điều kiện:
Ở tốc độ: nmin _ dũng kớch thớch cú giỏ trị cực đại Ikmax
nmax – dũng kớch thớch cú giỏ trị cực tiểu Ikmin.
Ta cú:
KI =[C e.nmax (Umf Rtủ.I mf) . b] [C e.nx (Umf Rtủ .I mf ) . b]
Như vậy, hệ số dũng kớch thớch sẽ lớn hơn so với hệ số điều chỉnh theo vận tốc phần ứng. Điều này xảy ra là do đường cong từ hoỏ cú đặc tớnh phi tuyến. Độ điều chỉnh (số lần) lớn nhất về dũng kớch thớch cú thể thực hiện ở chế độ khụng tải thường là ở mỏy phỏt chỉnh lưu cú độ bóo hũa sõu của mạch từ; hệ số
của cỏc mỏy phỏt loại này là 15 20.
Khi giải phương trỡnh (4.17) theo vận tốc quay của phần ứng, ta được:
n = (Umf + Rtđ.Imf). (a + b.Ik) / Ce.Ik.
Từ phương trỡnh này ta thấy khi tải tăng lờn (ở Ikmax, Umf = const) thỡ vận tốc
phần ứng mà khi đú mỏy phỏt tạo ra điện thế khụng đổi, cũng tăng lờn.
Theo phương trỡnh (4.17), (4.18) khi thay đổi vận tốc phần ứng và tải, ta cú thể xõy dựng đặc tớnh làm việc của mỏy phỏt (hỡnh 2.27).
mf
R
2.3.1.2 Phương phỏp điều chỉnh điện thế
Căn cứ vào phương phỏp điều chỉnh dũng kớch thớch, cỏc bộ điều chỉnh điện thế được phõn làm hai loại:
a. Bộ điều chỉnh hoạt động liờn tục
Bộ điều chỉnh hoạt động liờn tục cú tớn hiệu ở đầu vào và đầu ra của tất cả cỏc phần tử cú dạng là một hàm liờn tục theo thời gian. Ở những bộ điều chỉnh này, dũng kớch thớch và điện trở thay đổi theo thời gian và phụ thuộc vào vận tốc của phần ứng và tải mỏy phỏt. Dũng điện kớch thớch ở một hệ thống như vậy:
Ik = Umf / (Rk + Rbs). Umf = Uđm = 13,8V. Trong đú: R U Ce .n b bs mf U Rtủ.I mf.a a k
Rbs – Điện trở bổ sung của biến trở trong mạch kớch thớch.
Vỡ vậy để đảm bảo điện thế khụng đổi của mỏy phỏt thỡ điện trở phụ Rbs
cần tăng khi tăng vận tốc phần ứng và giảm khi tăng tải trờn mỏy phỏt. b. Bộ điều chỉnh hoạt động giỏn đoạn
Bộ điều chỉnh hoạt động giỏn đoạn thực hiện việc thay đổi tớn hiệu theo mức độ hoặc thực hiện điều biến bề dài xung. Cỏc phần tử chủ yếu của bộ điều chỉnh loại này là cỏc relay khỏc nhau. Quỏ trỡnh điều chỉnh điện ỏp xảy ra như sau:
Khi điện ỏp mỏy phỏt Umf < Un thỡ sẽ xuất hiện quỏ trỡnh tự kớch thớch cỏc
thụng số và cấu trỳc điều chỉnh sẽ thay đổi dạng bước nhảy. Do vậy, dũng điện kớch thớch giảm xuống và, tại mạch kớch thớch, cỏc thụng số và cấu trỳc điều chỉnh sẽ trở lại giỏ trị cũ. Quỏ trỡnh lặp lại cú tớnh tuần hoàn. Lỳc này, điện thế
trung bỡnh của mỏy phỏt Umf và dũng kớch thớch Ik sẽ khụng thay đổi ở vận tốc
phần ứng và tải của mỏy phỏt đó cho. Sự thay đổi vận tốc quay của phần ứng hoặc của tải sẽ ảnh hưởng lờn dũng điện kớch thớch trung bỡnh và điện thế trung bỡnh sẽ khụng đổi.
Để điều chỉnh điện thế, dũng điện của mỏy phỏt trờn ụtụ, về nguyờn tắc, ta dựng bộ điều chỉnh hoạt động giỏn đoạn.