1. Tự động ổn định điện ỏp phỏt ra của cỏc mỏy phỏt điện
1.8.2.Hệ thống TĐễĐĐA điện từ kiểu hỗn hợp pha
Một sơ đồ nguyờn lý của hệ thống được trỡnh bày trờn hỡnh 2-18
Hỡnh 2-18: Sơ đồ hệ thống TĐễĐĐA hỗn hợp pha đơn giản
Mỏy biến ỏp AHH cú hai cuộn dõy sơ cấp: Cuộn điện ỏp và cuộn dũng điện. Cuộn điện ỏp tạo tớn hiệu tỉ lệ với điện ỏp; cuộn dũng điện tạo tớn hiờu tỉ lệ với dũng điện. Nhờ cỏch mắc cuộn dũng ở pha độc lập với cuộn ỏp mà tạo được tớn hiệu dũng vuụng pha và vượt trước về thời gian khi tải thuần trở. Nhờ đú tạo được dũng điện bổ sung cho kớch từ phụ thuộc vào cả giỏ trị và dũng điện phụ tải theo đỳng thuật toỏn điều khiển kớch từ để ổn định điện ỏp.
Do cỏch nối dõy như hỡnh 2-18 mà s.đ.đ cung cấp cho chỉnh lưu gồm hai thành phần là EU và E1 (điện ỏp rơi trờn điện trở R), E1 luụn cựng pha với dũng điện tải. Khi tải thuần trở, E1 vuụng pha và vượt trước EU. Người ta chế tạo AHH cú đặc tớnh EU khụng phụ thuộc điện ỏp mỏy phỏt ở vựng làm việc của nú (đặc tớnh dạng bóo hũa). Đõy là nguyờn lý cơ bản tạo nờn bộ TĐễĐĐA hỗn hợp pha.
2 2 1
CL U
E E E (2-8)
Nếu dũng điện tải cú tớnh chất điện cảm (>0, cos<1) thỡ E1 sẽ lệch so với E2bh một gúc 900 - , ECL tăng lờn.
Trường hợp này, ECL được xỏc định như sau:
' 2 ' '2
1 1
2 . .sin
CL U U CL
E E E E E E (2-9)
Hệ số phụ tải cos càng nhỏ, gúc lệch càng lớn điện ỏp sau chỉnh lưu đưa tới kớch từ mỏy phỏt càng lớn bự lại sự giảm điện ỏp do hiện tượng khử từ khi tải điện cảm gõy ra.
Trường hợp cos khụng đổi, dũng biến động cũng gõy tỏc động điều chỉnh kớch từ theo sự biến động của dũng tải như bộ ổn định hỗn hợp dũng.
Hỡnh 2-19: Sơ đồ vộc tơ điện ỏp kớch từ
Khi tải mang tớnh điện dung (<0, cos<0), gúc lệch pha giữa hai thành phần theo dũng và ỏp nhỏ hơn 900, làm điện ỏp kớch từ giảm xuống.
Do dũng kớch từ của mỏy phỏt kớch từ được điều chỉnh phụ thuộc vào cả giỏ trị phụ tải và tớnh chất phụ tải, do đú ổn định cú độ chớnh xỏc cao hơn hệ thống hỗn hợp dũng, cú thể đạt đến ±5%.
Để tăng cao độ chớnh xỏc, biến ỏp hỗn hợp AHH sử dụng biến ỏp ba pha. Chỉnh lưu cấp dũng kớch từ dựng chỉnh lưu cầu ba pha (sơ đồ hỡnh 2-20).
Hệ thống TĐễĐĐA hỡnh 2-20 bao gồm cỏc phần tử chủ yếu sau: Cầu chỉnh lưu 3 pha CL chỉnh lưu dũng điện xoay chiều thành dũng một chiều, cung cấp dũng kớch từ cho mỏy kớch từ. Mỏy biến ỏp AHH cú cuộn dõy điện ỏp sơ cấp nối hỡnh sao, nhận điện ỏp đầu ra của mỏy phỏt. Khối biến dũng hỗn hợp D, mắc hỡnh tam giỏc. Cuộn dõy thứ cấp AHH mắc nối tiếp vào mạch cung cấp cho bộ chỉnh lưu từ mỏy biến dũng hỗn hợp. Điện trở tải của D được nối hỡnh sao. Điện trở đặt Rđ mắc nối tiếp với cuộn dõy kớch từ.
Việc mắc cuộn thứ cấp biến dũng và sơ cấp biến ỏp với sơ đồ khỏc nhau nhằm lấy được tớn hiệu dũng và ỏp vuụng pha với nhau khi tải thuần trở (điện ỏp dõy và dũng pha độc lập). Cỏch mắc này tạo được bộ đo giỏ trị và pha của phụ tải. Điện ỏp và dũng thứ cấp của bộ đo cảm ứng cả với sự biến động của giỏ trị và tớnh chất phụ tải. Trong hệ thống, biến ỏp hỗn hợp AHH cú cấu tạo đặc biệt, đặc tớnh vào – ra của nú cú dạng của đường cong bóo hũa nờn cũn gọi là biến ỏp bóo hũa. Sơ đồ nguyờn lý kết cấu của biến ỏp bóo hũa như hỡnh 2-20.
Hỡnh 2-20: Hệ thống TĐễĐĐA hỗn hợp ba pha
Trờn lừi thộp hỡnh ||| được quấn 3 cuộn dõy, cuộn sơ cấp W1 quấn ở lừi giữa, mắc vào điện ỏp ra của mỏy phỏt điện, trờn hai nhỏnh kia quấn hai cuộn dõy thứ cấp W2’ và W2’’ (cuộn W2’’ quấn trờn nhỏnh cú khe hở ). Cỏc cuộn W2’ và W2’’ được nối với nhau sao cho s.đ.đ trong chỳng thỏa món: E2 = E2’ – E2’’ (tức là s.đ.đ hai nhỏnh ngược nhau). Do cú khe hở khụng khớ nờn sự biến thiờn của E2’’ và E2’ cú
dạng như đặc tớnh biểu diễn ở hỡnh 2-21b và s.đ.đ tổng E2 của mỗi pha trong khoảng biến động của điện ỏp làm việc của mỏy phỏt điện gần như khụng đổi. Điều này cú ý ngh a làm cho dũng kớch từ ớt phụ thuộc vào biến động của điện ỏp mỏy phỏt.
Hỡnh 2-21: Nguyờn lý kết cấu biến ỏp bóo hũa (một pha)
1.9. Hệ thống TĐ ĐĐA Tran ito – tiếp điểm cơ khớ
Đõy là cỏc hệ thống TĐễĐĐA dựng cỏc linh kiện bỏn dẫn Tranzito cụng suất để điều khiển kớch từ của mỏy phỏt. Việc điều khiển Tranzito được thực hiện bằng rơle điện từ với tiếp điểm cơ khớ. Loại này cũn được sử dụng trờn một số trạm mỏy phỏt cú cụng suất vừa và nhỏ.
Hỡnh 2-22 là sơ đồ nguyờn lý cơ bản của hệ thống kớch từ dựng bộ TĐễĐĐA bỏn dẫn cú tiếp điểm.
Hỡnh 2-22: Bộ TĐễĐĐA kiểu Trazito – tiếp điểm cơ khớ
Trong sơ đồ này, tranzito T sẽ điều chỉnh dũng kớch từ của mỏy phỏt. Để điều khiển tranzito T dựng rơle điện từ với bộ tiếp điểm K. Như vậy dũng điện qua tiếp điểm K chỉ là dũng cực gốc của tranzito T, dũng này cú giỏ trị rất nhỏ. Do đú tiếp điểm này ớt bị hư hỏng do tia lửa điện sinh ra trong quỏ trỡnh đúng cắt. Mặt khỏc do kớch thước, trọng lượng phần rung nhỏ nờn độ nhạy của hệ thống tốt hơn, đảm bảo độ chớnh xỏc điều chỉnh cao hơn hệ thống dựng rơle rung.
Nguyờn lý hoạt động của hệ thống tương tự như hệ thống TĐễĐĐA kiểu rung cơ khớ.
Cũng như bộ điều chỉnh kớch từ rơle rung, ngoài cỏc bộ phận cơ bản như hỡnh vẽ, cũn cú cỏc bộ phận khỏc để nõng cao chất lượng của hệ thống.
- Đi ốt D mắc song song với cuộn kớch từ WKT của mỏy phỏt điện, để khộp mạch s.đ.đ tự cảm xuất hiện trong cuộn dõy kớch từ khi tranzito chuyển mạch nhằm bảo vệ tranzito T và cuộn dõy kớch từ.
- Cuộn dõy gia tốc Wg trong rơle điện từ, được quấn cựng chiều với cuộn dõy từ húa W0 nhằm tăng tần số rung của tiếp điểm K, nõng cao độ chớnh xỏc ổn định.
1.10. Hệ thống TĐĐCKT d ng Tiristor
Từ những năm 1970, hệ thống kớch từ Tiristor đó được ứng dụng rộng rói. Ưu điểm nổi bật của hệ thống kớch từ này so với cỏc hệ thống kớch từ khỏc là: Tỏc động nhanh, độ tin cậy cao, tuổi thọ lớn, đặc tớnh điều khiển đơn giản, hiệu suất lớn.
Đặc biệt tớn hiệu điều khiển Tiristor là tớn hiệu dạng xung cú biờn độ, độ rộng nhỏ nờn cụng suất mạch điều khiển nhỏ, cú thể trực tiếp dựng cỏc bộ điều khiển tạo tớn hiệu số mà khụng cần phải qua khuếch đại. Mạch điều khiển dễ dàng chế tạo thành cỏc mụđun điều khiển tiờu chuẩn.
1.10.1. Bộ biến đổi Tiristor – phần tử chấp hành trong hệ thống kớch từ Tiristor
ộ biến đổi Tiristor cú thể dựng trong hệ thống tự kớch hoặc kớch từ độc lập. Dự trong hệ thống nào, nú cũng thực hiện hai chức năng:
- Nắn dũng cấp nguồn kớch từ - Điều khiển dũng kớch từ
Sơ đồ khối tổng quan đơn giản của hệ thống kớch từ Tiristor cú dạng như hỡnh 2-23.
ộ biến đổi Tiristor gồm hai phần: Mạch cụng suất và bộ điều khiển. a) Hệ thống kớch từ Ti với mỏy kớch từ một chiều
c) Hệ thống tự kớch từ Ti
d) Hệ thống tự kớch từ Ti qua mỏy biến ỏp
Hỡnh 2-23: Cỏc sơ đồ kớch từ Tiristor
1.10.2. Bộ điều khiển Ti trong mạch kớch từ
Chức năng của bộ điều khiển Ti trong mạch kớch từ mỏy phỏt là tạo ra tớn hiệu dạng xung để mở Ti. Điều kiện để mở Ti chuyển mạch từ trạng thỏi khúa sang trạng thỏi mở là: Ua > 0; Uđk > 0.
Do nguồn cấp là nguồn xoay chiều nờn Ti tự khúa khi Ua < 0. ởi vậy ta khụng cần dựng mạch khúa.
Xung điều khiển mở Ti cú yờu cầu: - Sườn trước dốc đứng
- iờn độ, độ rộng đảm bảo mở tin cậy Ti khi điện ỏp anốt cực tiểu.
- Gúc pha của xung điều khiển phải thay đổi được trong cả vựng điều khiển. Với yờu cầu trờn, xung điều khiển Ti thường dựng xung chữ nhật, xung hỡnh thang vuụng.
Cỏc Ti hiện nay thường điện ỏp điều khiển mở từ 5 -10V, dũng điều khiển khụng quỏ 100mA; độ rộng xung điều khiển khụng quỏ 0,5ms. Cụng suất xung điều khiển rất nhỏ, rất thớch hợp khi ứng dụng cỏc bộ điều khiển số để điều khiển trực tiếp Ti. Điều này mở ra khả năng ứng dụng rộng rói k thuật điều khiển số để điều khiển kớch từ mỏy phỏt.
Mọi bộ phỏt xung điều khiển Ti đều cú yờu cầu chung như sau:
- Phối ghộp đồng bộ với mạch động lực, nhưng cỏch ly về điện với mạch động lực.
- ảo đảm mở một hoặc một số van Ti đỳng thời điểm xỏc định.
- Tạo xung điều khiển trong toàn bộ phạm vi thay đổi của gúc điều khiển. - Điều khiển tin cậy, khụng bị ảnh hưởng của nhiễu.
Gúc điều khiển trong bộ tạo xung điều khiển Ti trong mạch kớch từ phụ thuộc vào cỏc tham số sau:
- Sai lệch điện ỏp mỏy phỏt U (bộ điều khiển theo sai lệch)
- Giỏ trị dũng tải và tớnh chất tải của mỏy phỏt (bộ điều khiển theo tải) Sai lệch tần số f
Sai lệch của dũng kớch từ Ikt - Tốc độ biến động của điện ỏp
t U
, tốc độ biến thiờn của dũng điện
t I
, tốc độ biến thiờn của tần số
t f
, tốc độ biến thiờn của dũng kớch từ
t Ikt
.
Cỏc bộ điều khiển tạo được sự thay đổi gúc điều khiển theo cỏc giỏ trị sai lệch được gọi là cỏc bộ điều khiển tỷ lệ. Nếu đưa thờm được cỏc tỏc động điều chỉnh theo cỏc tỏc động vi phõn, ta sẽ cú bộ kớch từ tỏc động nhanh.
Nhiệm vụ chớnh của bài toỏn tổng hợp bộ điều khiển kớch từ Ti là xõy dựng thuật toỏn điều khiển và sơ đồ điều khiển gúc dịch pha theo cỏc đại lượng trờn.
Việc tạo được mottj số sơ đồ bằng mạch tương tự mà xột tới đầy đủ cỏc tham số gõy tỏc động điều khiển kể trờn là rất phức tạp. Với cỏc mạch tương tự, người ta thường giải quyết được bộ điều khiển tỷ lệ.
Muốn đưa thờm cỏc tham số đạo hàm, phải ỏp dụng kỹ thuật điều khiển hiện đại – ký thuật điều khiển số.
Điều khiển pha của tớn hiệu mở Ti theo cỏc nguyờn lớ sau:
a) Điều khiển theo chiều ngang (nguyờn lý quay pha)
Sơ đồ khối mạch dịc pha theo chiều ngang hỡnh 2-24
Cỏc tham số ra của mỏy phỏt như dũng điện, điện ỏp, dũng kớch từ được đưa vào bộ đo lường – biến đổi. ộ đo lường biến đổi thực hiện đo cỏc đại lượng gõy tỏc động điều khiển dịch pha để thay đổi kớch từ mỏy phỏt theo một thuật toỏn xỏc định. Cỏc đại lượng gõy tỏc động điều chỉnh như phõn tớch ở trờn là cỏc đại lượng tỷ lệ hoặc cỏc đại lượng vi phõn. Tớn hiệu cuối cựng đưa tới bộ dịch pha là tớn hiệu cộng tỏc động của cỏc đại lượng gõy tỏc động điều chỉnh gõy nờn.
Hỡnh 2-24: Sơ đồ điều khiển dịch pha theo chiều ngang
Điện ỏp đầu vào bộ quay pha cựng một nguồn điện ỏp vào bộ biến đổi Ti. Điện ỏp sau bộ quay pha lệch với điện ỏp Anot của Ti một gúc . Tớn hiệu sau bộ quay pha là tớn hiệu liờn tục, hỡnh sin cựng chu kỡ với điện ỏp nguồn đặt vào Ti. Tớn hiệu này khi qua bộ tạo xung sẽ được biến điệu thành một chuỗi xung (phộp biến
đổi A - D). Xung đầu tiờn sẽ cú tỏc dụng điều khiển Ti, cũn cỏc xung sau sẽ được lọc bỏ khi Ti đó mở.
Phộp biến đổi một tớn hiệu liờn tục thành một dóy xung, bạn đọc cần tham khảo ở cỏc tài liệu về k thuật xung – số.
b) Điều khiển dịch pha theo chiều đứng
Sơ đồ khối bộ dich pha này như hỡnh vẽ 2-25
Thuật toỏn điều khiển này thực hiện trờn cơ sở so sỏnh hai điện ỏp: Điện ỏp một chiều và điện ỏp răng cưa. Tại thời điểm bằng nhau của hai điện ỏp này ghi nhận thời điểm tạo tớn hiệu điều khiển Ti. Tại điểm này, mạch xung được kớch thớch sẽ tạo một tớn hiệu đưa tới cực điều khiển Ti cú điện ỏp Anot dương.
Hỡnh 2-25: Sơ đồ điều khiển dịch pha theo chiều đứng
Trong hai tớn hiệu điện ỏp trờn, tớn hiệu điện ỏp răng cưa được coi là chuẩn, đồng bộ với nguồn cấp cho Ti, cú giỏ trị khụng đổi cả về độ lớn và biờn dạng, cũn một tớn hiệu biến đổi phụ thuộc vào cỏc đại lượng gõy tỏc động điều chỉnh như đó phõn tớch ở trờn.
Mạch đo, biến đổi ghi nhận cỏc thụng tin về cỏc tham số của mỏy phỏt, biến đổi thành cỏc đại lượng gõy tỏc động điều chỉnh. Tỏc động cộng của cỏc đại lượng gõy tỏc động điều chỉnh tạo thành tớn hiệu điện ỏp một chiều hoặc điện ỏp răng cưa.
Hỡnh 2-26: Lược đồ thời gian quỏ trỡnh tạo xung dịch pha
Mạch so sỏnh ghi nhận thời điểm bằng nhau của hai tớn hiệu so sỏnh. Điểm cắt nhau của hai tớn hiệu điện ỏp được xỏc đỏnh dấu bằng thời điểm chuyển trạng thỏi của mạch phỏt xung. Đầu ra mạch xung sẽ cú xung điện ỏp.
Mạch tạo điện ỏp răng cưa thường sử dụng đặc tớnh nạp – phúng của tụ điện. Điều chủ yếu khi tạo tớn hiệu điện ỏp răng cưa là xỏc định điểm gốc của quỏ trỡnh nạp tụ. Đõy chớnh là điểm gốc tớnh gúc điều khiển . Điểm gốc này chớnh là điểm Zờ rụ (thời điểm điện ỏp Anot Ti bắt đầu dương). Tại điểm Zờ rụ, tụ điện bắt đầu nạp. Độ rộng của xung cú thể kộo dài suốt thời gian khi Uc > U0, hoặc chỉ cú độ rộng vừa đủ điều khiển chuyển mạch Ti. Điều này hoàn toàn phụ thuộc vào sơ đồ mạch xung ta chọn. Tất nhiờn việc lựa chọn xung dài là khụng cú lợi.
Tần số của điện ỏp răng cưa phải bằng tần số đập mạch của điện ỏp chỉnh lưu (số lần đập mạch của điện ỏp chỉnh lưu sau một chu kỡ điện ỏp nguồn vào).
Ta cú hai cỏch điều chế gúc điều khiển : Thay đổi độ dốc của điện ỏp răng cưa hoặc thay đổi giỏ trị của điện ỏp một chiều.
Phương phỏp điều chế gúc pha bằng cỏch thay đổi độ dốc của điện ỏp răng cưa hay gặp nhất trong cỏc bộ điều khiển kớch từ Tiristor.
Mạch xung cú chức năng tạo ra một xung cú cụng suất, biờn độ, độ rộng thỏa món yờu cầu điều khiển Ti.
Mạch phõn kờnh làm việc với chức năng chọn xung điều khiển đồng bộ với Ti thỏa món điều kiện chuyển mạch. Mạch đồng bộ là mạch chọn đa kờnh, mỗi
kờnh đưa ra tớn hiệu điều khiển tới một Ti. Chỉ Ti nào cú điều kiện dẫn dũng như trong sơ đồ chuyển mạch lụgic đó lập, tớn hiệu mới xuất hiện ở đầu ra kờnh đú. Ngoài ra, mạch đồng bộ cũn tỏc dụng ngăn cỏch mạch động lực với mạch điều khiển. Mạch phõn kờnh là tổ hợp mạch lụgic kiểu mach &.
Hỡnh 2-27: Sơ đồ khối bộ phõn kờnh
2. Hũa đồng bộ hai mỏy phỏt điện làm việc song song 2.1. Điều kiện làm việc song song giữa cỏc tổ mỏy phỏt điện 2.1. Điều kiện làm việc song song giữa cỏc tổ mỏy phỏt điện
2.1.1. Mục đớch làm việc song song giữa cỏc tổ mỏy phỏt
Cỏc nguồn điện độc lập cung cấp điện đồng thời cho phụ tải được gọi là làm việc song song. Hệ thống điện cú từ hai nguồn làm việc song song trở lờn được gọi là hệ thống điện kớn.
Lưới điện quốc gia được cấp điện từ nhiều nhà mỏy phỏt điện đồng bộ làm