đồ án những vấn đề liên quan đến điều khiển tự động máy phát điện dự phòng

KILOBOOKS.COM

1


T VN

Mỏy phỏt ủin d phũng ủ ủm bo liờn tc cho cỏc ph ti ủc bit
l mt yờu cu khụng th thiu ủc trong cỏc nh mỏy sn xut cụng
nghip v cỏc c quan vớ d nh: Bnh vin, ủi phỏt thanh v cỏc sinh hot
cụng nghip khỏc. Do vy tỡm hiu v nhng vn ủ liờn quan ủn ủiu
khin t ủng mỏy phỏt ủin d phũng l rt cn thit. i vi bn ủ ỏn ca
tụi cn quan tõm ti ba ni dung chớnh ủú l:
n ủnh tc ủ ủng c s cp
1. n ủnh ủin ỏp ca mỏy phỏt ủin d phũng sao cho khụng
ph thuc vo s thay ủi ca ph ti v khụng chu nh hng vo ngun
nng lng c khớ (ủng c s cp).
2. T ủng chuyn ủi ủ mỏy phỏt d phũng tip tc cung cp
ủin cho ph ti khi li ủin quc gia mt v t ủng ngng mỏy phỏt d
phũng khi li ủin quc gia cú tr li.
Ngoi ra bn ủ ỏn ny ca tụi cú th cho hc sinh tỡm hiu
nghiờn cu v thc hnh, vn dng nhng ủiu ủó núi trờn thỡ cn phi
cú mt mụ hỡnh thc hnh v ni dung ủ ỏn ca tụi l xõy dng mụ hỡnh
thc hnh ủú.
Bn thuyt minh ủ ỏn sau ủõy ca tụi l nhng trỡnh by v quỏ
trỡnh tham gia ch to mụ hỡnh ủú. Bn thuyt minh ủc chia thnh nhiu
chng:


Chng I: Gii thiu v mỏy phỏt ủin xoay chiu ủng b
Chng II: n ủnh tn s ủin ỏp mỏy phỏt.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM

2


Chương III: Ổn ñịnh ñiện áp máy phát (AVR).
ChươngIV: Mạch tự ñộng chuyển ñổi (ATS).
ChươngV:

Kết cấu của mô hình.


Chương VI: Những bài thực hành thực hiện ñược trên mô
hình.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

3



CHƯƠNG I
MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Đối với máy phát xoay chiều ở ñây ta không quan tâm nhiều về vấn ñề
cấu tạo hay về nguyên lý làm việc mà chủ yếu ta quan tâm về: Năng lượng
sơ cấp ñể kéo roto máy phát, vấn ñề tự kích từ và tự ñộng kích từ. Tự ñộng
ổn ñịnh ñiện áp, tần số ñiện áp máy phát.
1. Nguồn năng lượng sơ cấp.
Điện áp do bất cứ máy phát nào phát ra ñều phụ thuộc vào tốc ñộ quay
của ñộng cơ sơ cấp (n). Điều ñó kéo theo tần số của ñiện áp cũng phụ thuộc
vào ñộng cơ sơ cấp ( f= f(
n
)). Khi tốc ñộ quay của ñộng cơ sơ cấp tăng thì tần
số của ñiện áp phát ra cũng tăng theo và ngược lại do ñó ñặt vấn ñề phải giải

quyết là phải tự ñộng ổn ñịnh tần số ñiện áp phát ra.
Nguồn năng lượng sơ cấp thì ta có thể sử dụng nhiều loại như:
Tuabin nước.
Tuabin gió.
Động cơ ñiezen.
Động cơ ñiện một chiều…
2. Từ trường biến thiên ban ñầu
Mặc dù khi có nguồn năng lượng sơ cấp ban ñầu ñã ñủ lớn nhưng khi
không có một từ trường biến thiên ban ñầu (ñiện áp kích từ ban ñầu) thì máy
phát cũng không thể sinh ra ñược ñiện năng và ñiều quan trọng ở máy phát
ñiện nói chung ñó là giá trị ñiện áp do máy phát phát ra phụ thuộc vào ñiện
áp kích từ ( U
f
= f(u
(kt)
). Khi ñã có ñiện áp kích từ và nguồn năng lượng sơ

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

4


cp ủ kộo ủc roto ca mỏy phỏt thỡ khi ủú mi cú ủin nng do mỏy phỏt
phỏt ra.
T trng bin thiờn ban ủu l do t d ca nam chõm (Roto) sinh ra.
Khi roto quay thỡ t d ca nam chõm bin thiờn trong lừi thộp ca roto sinh
ra mt sc ủin ủng bin thiờn ủiu ho. Sc ủin ủng bin thiờn ny gõy
ra hin tng cm ng ủin t trong cun dõy ca stato v sinh ra mt sc
ủin ủng t cm bin thiờn cựng tn s trong cun dõy stato. To ra mch

ngoi mt dũng ủin bin thiờn cựng tn s cựng biờn ủ. Khi ủú mt phn
ủin ỏp phỏt ra li ủc ly chnh lu phn hi li ủ lm ủin ỏp kớch t
nuụi cho roto (ủõy chớnh l quỏ trỡnh t kớch t). Khi ủú roto mi tr thnh
nam chõm ủin. Nhng ủõy vn ủ ủt ra ủú l n ủnh ủin ỏp ra ca mỏy
phỏt, v n ủnh tn s ca ủin ỏp phỏt ra ca mỏy phỏt.
Ngoi ra ủi vi mt mng ủin ca b ngun d phũng thỡ vn ủ ln
na ta cn quan tõm ủú l b t ủng chuyn ủi (ATS).
I. I CNG V MY PHT IN NG B.
Mỏy ủin ủng b núi chung v mỏy phỏt ủin ủng b núi riờng ủc s
dng rng rói trong cụng nghip. Phm vi s dng chớnh l bin ủi c nng
thnh ủin nng, ngha l lm mỏy phỏt ủin. in nng ba pha ch yu
dựng trong nn kinh t quc dõn v trong ủi sng. c sn xut t cỏc nh
mỏy phỏt ủin quay tuabin hi hoc khớ nc.
Ngoi ra mỏy ủin ủng b cũn ủc lm ủng c ủc bit trong cỏc thit
b ln vỡ chỳng cú kh nng phỏt ra cụng sut phn khỏng.
1. Phõn loi.
Theo kt cu cú th chia mỏy phỏt ủin ủng b thnh hai loi: Mỏy phỏt
ủin ủng b cc n thớch hp vi tc ủ quay cao (s cc 2p = 2) v mỏy
phỏt ủin ủng b cc li thớch hp khi tc ủ quay thp (2p

4).

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM

5


Theo chc nng, cú th chia mỏy phỏt ủin ủng b thnh cỏc loi ch
yu sau:

a. Mỏy phỏt ủin ủng b.
Mỏy phỏt ủin ủng b thng ủc kộo bi tuabin hi hoc tuabin nc
v ủc gi l mỏy phỏt tuabin hi hoc mỏy phỏt tuabin nc. Mỏy phỏt
tuabin hi cú tc ủ quay cao, do ủú ủc ch to theo kiu cc n v cú
trc mỏy ủt nm ngang. Mỏy phỏt ủin tuabin nc thng cú tc ủ quay
thp nờn cú kt cu theo kiu cc li v ni chung trc mỏy ủc ủt thng
ủng. Trong trng hp mỏy phỏt ủin cú cụng sut nh v cn di ủng thỡ
thng dựng ủng c ủiezen lm ủng c s cp v ủc gi l mỏy phỏt
ủin ủiờzen. Mỏy phỏt ủin ủiờzen thng cú cu to cc li.
b. ng c ủin ủng b.
c. Mỏy bự ủng b.
2. Kt cu
thy rừ ủc ủim v kt cu ca mỏy ủin ủng b, ta s xột riờng r
kt cu ca mỏy cc n v mỏy cc li.
a. Kt cu ca mỏy phỏt ủin ủng b cc n.
Rụto ca mỏy ủng b cc n lm bng thộp hp kim cht lng cao,
ủc rốn thnh khi hỡnh tr, sau ủú gia cụng v phay rónh ủ ủt dõy qun
kớch t. Phn khụng phay rónh ca rụto hỡnh thnh mt cc t.
Cỏc mỏy ủin ủng b hin ủi cc n thng ủc ch to vi s cc
2p = 2, tc ủ quay ca rụto l 3000vg/ph v ủ hn ch lc li tõm, trong
phm vi an ton ủi vi thộp hp kim ch to thnh lừi thộp rụto, ủng
kớnh ca rụto khụng vt quỏ 1,1 -1,15m. tng cụng sut mỏy, ch cú th
tng chiu di l ca rụto. Chiu di ti ủa ca rụto khong 6,5m.
Dõy qun kớch t ủt trong rónh rụtoủc ch to t dõy ủng trn tit
din ch nht qun theo chiu mng thnh cỏc bi dõy ủng tõm. Cỏc vũng

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM

6

dõy ca bi dõy ny ủc cỏch ủin vi nhau bng mt lp mica mng.
c ủnh v ộp cht dõy qun kớch t trong rónh, ming rónh ủc nờm kớn
bi cỏc thanh nờm bng thộp khụng t tớnh. Phn ủu ni nm ngoi rónh
ca dõy qun kớch t ủc ủai cht bng cỏc ng khụng t tớnh.
Hai ủu ca dõy qun kớch t ủi lun trong trc v ni vi hai vnh trt
ủt ủu trc thụng qua hai chi ủin ủ ni vi dũng kớch t mt chiu.
Mỏy kớch t ny thng ủc ni trc vi trc mỏy ủng b hoc cú trc
vi trc ca mỏy ủng b.
Stato ca mỏy ủng b cc n bao gm lừi thộp, trong cú ủt dõy qun ba
pha v than mỏy, np mỏy. Lừi thộp stato ủc ộp bng cac lỏ tụn silic dy
0,5mm, hai mt cú ph sn cỏch ủin. dc chiu di lừi thộp stato c cỏch
khong 3
ữ
6 cm li cú mt rónh thụng giú ngang trc,rng 10 mm. Lừi thộp
stato ủc ủt c ủnh trong thõn mỏy. Trong cỏc mỏy ủng b cụng sut
trung bỡnh, than mỏy ủc ch to kiu kt cu khung thộp, mt ngoi bc
bng cỏc tm thộp dỏt dy.Thõn mỏy phi thit k v ch to ủ sao cho
trong nú hỡnh thnh h thng ủng thụng giú lm lnh mỏy ủin. Np mỏy
cng ủc ch to t thộp tm hoc t gang ủỳc. cỏc mỏy ủng b cụng
sut trung bỡnh v ln trc khụng ủt np mỏy m giỏ ủ trc ủt c
ủnh trờn b mỏy.
b. Kt cu ca mỏy phỏt ủin ủng b cc li.
Mỏy ủng b cc li thng cú tc ủ quay thp, vỡ vy khỏc vi mỏy
ủng b cc n, ủng kớnh rụto D ca nú cú th ln ti 15 m trong khi
chiu di l li nh vi t l 1/D =0,15
ữ
0,2.
Rụto ca mỏy ủin cc li cụng sut nh v trung bỡnh cú lừi thộp ủc

cu to bng thộp ủỳc v gia cụng thnh khi lng tr hoc hỡnh tr trờn mt
cú ủt cỏc cc t. cỏc mỏy ln, lừi thộp ủú ủc hỡnh thnh bi cỏc tm
thộp dy 1
ữ
6 mm, ủc dp hoc ủỳc ủnh hỡnh sn ủ ghộp thnh cỏc khi

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM

7


lng tr v lừi thộp ny thng khụng trc tip lng vo trc mỏy m ủc
ủt trờn giỏ ủ ca rụto. Giỏ ny lng vo trc mỏy. cc t ủt trờn lừi thộp
rụto ủc ghộp bng nhng lỏ thộp dy 1
ữ
1,5 mm.
Vic xỏc ủnh cc t trờn lừi thộp ủc thc hin nh ủuụi hỡnh T hoc
bng cỏc ủuụi hỡnh bulụng xuyờn qua mt cc v vớt cht vo lừi thộp rụto.
Dõy qun kớch t ủc ch to t dõy ủng trn tit din ch nht qun
un theo chiu mng thnh tng qun dõy. Cỏch ủin gia cỏc vũng dõy l
cỏc lp mica hoc aming. Cỏc cun dõy sau khi ủó gia cụng ủc lng vo
cỏc cuc than cc.
Dõy qun cn (trng hp ny mỏy phỏt ủng b) hoc dõy qun m mỏy
(trng hp dng c dng b) ủc ủt trờn cỏc du cc. Cỏc dõy qun ny
ging nh dõy qun kiu lng súc ca mỏy ủin khụng ủng b, ngha l lm
bng cỏc thanh ủng ủt vo cỏc ủu cc v ủc ni hai ủu bi hai vũng
ngn mch.
Dõy qun m mỏy ch khỏc dõy qun cn ch ủin tr cỏc thanh dn
ca nú ln hn.

Stato ca mỏy ủng b cc li cú cu to tng t nh ca mỏy dng b
cc n.
Trc ca mỏy ủng b cú th ủt nm ngang nh cỏc ủng c ủng b,
mỏy bự ủng b, mỏy phỏt din ủiờzen hoc mỏy phỏt tuabin nc cụng sut
nh v tc ủ quay tng ủi ln (khong trờn 200 vg/ph). trng hp
mỏy phỏt tuabin nc,tuabin nc cụng sut ln, tc d chm, trc ca mỏy
ủc ủt thng ủng. Khi trc ca mỏy ủc ủt thng ủng, trng trc ủ
rt quan. Nu trc ủ ủt ủu trờn ca trc thỡ mỏy thuc kiu treo, cũn
nu ủt ủu di ca trc thỡ mỏy thuc kiu dự.
mỏy phỏt tuabin nc kiu treo, x ủ trờn ta vo than mỏy, do ủú
tng ủi di v phi rt kho vỡ nú chu ton b trng lng ca rụto mỏy

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM

8


phát, rôto tuabin nước và xung lực của nước ñi vào tuabin. Như vậy kích
thước xà ñỡ trên rất lớn tốn nhiều sắt thép, ñồng thời bản thân máy cũng cao
lớn do ñó tăng chi phí xây dựng buồng ñặt máy. Ở máy phát tuốcbin nước
kiểu dù, ổ ñỡ trục nằm trên xà dưới. Xà ñỡ dưới ñược cố ñịnh trên nền của
gian máy, do ñó ngắn hơn và ở một số máy, ổ trục ñỡ ñược ñặt ngay trên nắp
của tuabin nước. Trong cả hai trường hợp ñều giảm ñược vật liệu chế tạo (có
thể ñến vài trăm tấn ñối với các máy lớn) và khiến cho bản thân máy và
buồng ñặt máy ñều thấp hơn.
Trên cùng trục máy phát tuabin thường có ñặt them các máy phụ - máy
kích thích, ñể cung cấp dòng diện một chiều cho cực từ cuả máy phát ñồng
bộ và máy phát ñiều chỉnh ñể làm nguồn cung cấp ñiện cho bộ ñiều chỉnh tự
ñộng của tuabin.

Điều chỉnh ñiện áp máy phát ta ñiều chỉnh dòng kích từ I
d
dẫn ñến từ
thông và ñiện trường thay ñổi, ta sẽ ñiều chỉnh ñược ñiện áp.
Ta ñiều chỉnh tần số thì ta ñiều chỉnh tốc ñộ của ñộng cơ sơ cấp ( tuabin
nước, khí, dầu, gió).
Ta ñiều chỉnh công suất máy phát ta phải ñiều chỉnh công suất ñiện từ,
tức là ta ñiều chỉnh góc
θ
giữa U và E
0
. Muốn ñiều chỉnh góc
θ
ta phải ñiều
chỉnh công suất của ñộng cơ sơ cấp.
Như ñiều chỉnh công suất của máy phát liên quan ñến tần số máy phát, ta
ñiều chỉnh dòng kích từ E
0
thay ñó góc giữa U và I thay ñổi công suất thay
ñổi, công suất phản kháng thay ñổi.
Việc ñiều chỉnh công suất phản kháng liên quan ñến ñiện áp máy phát ra.
+ Điều kiện làm việc song song của máy phát.
+U
F
= U
l
+
f
F
= f

l

+ Thứ tự pha giống nnhau

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

9


+ U
F
, U
l
trựng pha nhau
+ F: mỏy phỏt, l: li ủin.
3. Nguyờn lý lm vic ca mỏy phỏt.
Mỏy phỏt bin ủi c nng thnh ủin nng do ủú ta phi dựng
ủng c s cp quay rụto vi tc ủ n. vỡ rụto l nam chõm ủin nờn cm
ng trong dõy qun stato sut ủin ủng 3 pha e
A
, e
B
, e
C
.
Tr s hiu dng sut ủin ủng 1 pha
E
0
= 4,44. w.f.k.dq..

W: s vũng ca mt pha.
f =
60
.np

f: l tn s
n: l tc ủ rụto
p: l s ủi cc
k.dq: l h s dõy qun

0
: t trng di mt cc
Khi mỏy phỏt mang ti (mch ngoi kớn) trong dõy qun dũng ủin 3
pha to ra mt t trng quay n
1
= n.
4. Phng trỡnh v cỏc quan h ủin t.
a. Phn ng phn ng.
Khi stato cú dõy ủin, dũng ủin stato (phn ng) to ra t trng gi
l t trng phn ng. Tỏc dng ca t trng phn ng lm t trng
phn cm ca rụto gi l phn ng phn ng.Tu theo tớnh cht ca ti
m phn ng phn ng khỏc nhau.
+ Ti thun dung.

0
ca cc t cm ng sut din ủng E
0
stato, E
0
chm sau

0
mt
gúc

/2 ti thun dung nờn dũng stato I
d
vt trc E
0
mt ggúc 90
0


THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM

10


I
d
sinh ra từ trường phần ứng, Φưd trùng pha nhau sinh ra suất ñiện
ñộng
tải thuần dung phản ứng phần ứng dọc trục (Φ
ud
, Φ
0
cùng trục), trợ từ
(Φ
ud
cùng chiều Φ

0
).
+ Tải thuần cảm: Tương tự như tải thuần dung nhưng tải thuần cảm
dùng stato I
d
chậm sau E
0
một góc 90
0
, ta cs ñồ thị véc tơ.
E
ud
= - j.n
ud
.I
d
.
Tải thuần cảm phản ứng phần ứng dọc trục khử từ (Φ
ud
ngược chiều
Φ
0
).
+ Tải thuần trở: Dòng ñiện stato I
n
trùng pha với E
0
ta có ñồ thị
I
n

sinh ra Φ
un

Φ
un
sinh ra E
un
E
un
= - j.x
un
.I
n
.
tải thuần trở thì phản cảm ứng ngang trục
+ Tải bất kỳ: Dòng ñiện stato I ta phân làm hai thành phần I = I
d
+ I
n
.
I
n
:gây ra phản ứng phần ứng ngang trục.
I
d
: Gây ra phản ứng cảm ứng ñồng trục(trợ từ hay khử từ) tuỳ thuộc
vào tải mang tính chất tương ứng.
Trợ từ mang tính chất ñiện dung .
khử từ mang tính chất ñiện cảm.
b. Phương trình của máy phát ñiện.

Φ
0
sinh ra E
0
.
I = I
d
+I
n
.
I
d
sinh ra Φ
ud
, Φ
ud
sinh ra E
ud
.
I
n
sinh ra Φ
un
, Φ
un
sinh ra E
un
.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

KILOBOOKS.COM

11


Dòng ñiện stato I sinh ra từ trường tản Φ
t
. Φ
t
sinh ra E
t
, E
t
= -j.x
t
.Y =-
j.x
t
.(I
d
+I
n
).
Đối với may phát ñiện ta có sơ ñồ như sau.

R: là ñiện trở dây quấn phản ứng phần ứng stato. Trong nhiều trường
hợp ta bỏ qua R vậy ta có
∑
= UE .
E

o
+E
ud
+E
un
+E
t
=U
E
0
=U –E
ud
-E
un
-E
t
Thay các biểu thức ta ñược
E
0
= U + j.x
d
.I
d
+j.x
n
I
n
.
Trong ñó: x
d

= x
ud
+ x
t

X
n
= x
un
+x
t

ñiện kháng ñồng bộ dọc trong trục.
rôto cực ẩn khe hở ngang, dọc ñều nhau nên x
d
= x
db
=x
n
: ñiện kháng
ñồng bộ ta có.
E
o
=U + j.x
db
.I.
II. TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG
BỘ.
Như ñã biết về sự cân bằng năng lượng của máy ñiện ñồng bộ, khi làm
việc, trong máy có các tổn hao ñồng, tổn hao sắt, tổn hao kích từ, tổn hao

phụ và tổn hao cơ.
Tổn hao ñồng là công suất mất mát trên dây quấn phần tĩnh với giả thiết
là mật ñộ dòng ñiện phân bố ñều trên tiết diện của dây dẫn.Tổn hao này phụ
thuộc vào trị số mật ñộ dòng ñiện, trọng lượng ñồng và thường ñược tính ở
nhiệt ñộ 75
o
C.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

12


Tổn hao sắt từ là cơng suất mất mát trên mạch từ (gơng và răng) do từ
trường biến đổi hình sin (ứng với tần số f
1
). Tổn hao này phụ thuộc vào trị số
của từ cảm, tần số, trọng lượng lõi thép, chất lượng của tơn silic, trình độ
cơng nghệ chế tạo lõi thép.
Tổn hao kích từ là cơng suất tổn hao trên điện trở của dây quấn kích
thích và của các chổi than. Nếu máy kích thích đặt trên trục của máy đồng
bộ thì cơng suất tổn hao trên phải chia cho hiệu suất của máy kích thích.
Tổn hao phụ bao gồm các phần sau:
a.Tổn hao phụ do dòng điện xốy ở các thanh dẫn của dây quấn stato và
các bộ phận khác của máy với tác dụng của từ trường tản do dòng điện phần
ứng sinh ra.
b.Tổn hao ở bề mặt cực từ hoặc ở bề mặt cực từ lõi thép rơto của máy
cực ẩn do stato có rãnh và như vậy từ cảm khe hở có song điều hồ răng.
Do tác dụng màn chắn của dòng xốy, ở sâu trong lõi thép khơng có tổn hao

này.
c.Tổn hao ở răng của stato do sự đập mạch ngang và dọc của từ thong
chính và do các song điều hồ bậc cao với tấn số khác f
t
.
Tổn hao cơ bao gồm:
1.Tổn hao cơng suất cần thiết để đưa khơng khíhoặc các chất làm lạnh
khác vào các bộ phận của máy.
2.Tổn hao cơng suất do ma sát ở ổ trục và ở bề mặt rơto và stato khi
rơto quay trong mơi chất làm lạnh (khơng khí,…).
ở các máy điện đồng bộ cơng suất và tốc độ quay khác nhau, tỉ lệ phân
phối các tổn hao nối trên khơng giống nhau. Trong các máy đồng bộ bốn
cực cơng suất trung bình, tổn hao đồng trong dây quấn phần tĩnh và dây
quấn kích từ chiếm tới khoảng 65% tổng tổn hao.Trong khi đó tổn hao
trong lõi thép stato (kể cả tổn hao chính và phụ) chỉ chiếm khoảng 14%.

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
KILOBOOKS.COM

13


Trong mỏy phỏt tuabin nc cụng sut ln, tc ủ chm thỡ tn hao trong
dõy qun phn tnh v trong dõy qun kớch t chim khong 35%, cũn tn
hao trong lừi thộp stato thỡ chim ti 37%.Trong trng hp ny, ủ gim
bt tn hao trong lừi thộp stato nờn dựng tụn silic cú sut tn hao nh. Tn
hao ph cú th chim ti khong 11% ủi vi mỏy phỏt tuabin nc, trong
ủú ch yu l tn hao b mt v tn hao ủp mch vo khong 18% ủi vi
mỏy phỏt tuabin hi v ủõy khỏc vi trng hp mỏy phỏt tuabin hi v
ủõy khỏc vi trng hp mỏy phỏt tuabin nc, tn hao ph trong dõy ủng

ca stato l ch yu. gim bt tn hao ph trong cỏc mỏy cụng sut ln
thng dựng cỏc bin phỏp sau:
a.Chia dõy dn theo chiu cao ca rónh thnh nhiu dõy ủng bt dy
khong 4 ữ 5 mm v hoỏn v vj trớ ca chỳng trong rónh (ủụi khi c
phn du ni) sao cho dc chiu di ca rónh mi dõy ủng bt ủu nm
tt c cỏc v trớ t phớa ủỏy rónh lờn phớa ming rónh.
b.Ch to cỏc vnh ộp lừi thộp stato, vnh ủai ủu ni ca rụto bng
thộp khụng t tớnh.
c.Tin xoỏy c b mt rụto ca mỏy phỏt tuabinhi.
Hiu sut ca mỏy phỏt ủin ủng b ủc xỏc ủnh bng biu thc:
=
PP
P
z
z
+

Trong ủú: P
z
: cụng sut ủu ra ca mỏy;
p: tng tn hao trong mỏy.
Hiu sut ca cỏc mỏy phỏt ủng b lm lnh bng khụng khớ cụng sut
o,5 ữ 3000 kw vo khong 92 ữ 95%; cụng sut 3,5 ữ 100000kw vo
khong 95 ữ 97,8%. Nu lm lnh bng hyủrụgen thỡ hiu sut cng cú th
tng khong o,8%.


THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM

14





III. ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ.
Tải của hộ dùng ñiện trong lưới ñiện thường luôn thay ñổi theo ñiều
kiện của sản xuất hoặc cũng có thể có trường hợp tuy tải không thay ñổi
nhưng do ñiều kiện vận hành của lưới ñiện mà cần thiếtphải thay ñổi chế ñộ
làm việc của các máy phát ñiện , do ñó trên thực tế phải ñiều chỉnh công
suất tác dụng P và công suất phản kháng Q của máy phát ñiện ñồng bộ.
Ta hãy xét vấn ñề ở hai trường hợp ñiển hình. Trường họp thứ nhất là
trường máy phát ñiện làm việc trong hệ thống ñiện lực có công suất vô cùng
lớn với U.f=const, hay nói cách khác ñi tổng công suất của các máy phát
ñiện ñang làm việc song song trong hệ thống rất lớn so với công suấtcủa
máy phát ñiện ñang ñược xét, do ñó việc ñiều chỉnh P và Q của máy phát
ñiện ñó không làm thay ñổi U, f của hệ thống ñiện. Trường hợp thứ hai là
trường hợp chỉ có hai hoặc nhiều máy phát ñiện công suất tương tựlàm việc
song song và sự thay ñỏi chế ñộ làm vệc của một máy sẽ làm thay ñổi U, f
chung của cả các máy phát ñiện ñó.
1. Điều chỉnh công suất tác dụng P của máy phát ñiện ñồng bộ.
a. Trường hợp máy phát ñiện làm việc trong hệ thống ñiện công suất
vô cung lớn.
Ở trường hợp này U và f là không ñổi nên nếu giữ dòng ñiện kích thích
i
t
không dổi thì E là hằng số và theo biểu thức (24-11) thì P là hàm số của
góc θ vcà ñường biểu diễn của nó có dạng như ñã biết trên hình24-9. Ở chế

ñộ làm việc xác lập công suất tác dụng P của máy ứng với góc θ nhất ñịng
phải cân bằng với công suất cơ trên trục làm quay máy phát ñiện. Đường

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

15


biểu diễn công suất cơ của ñộng cơ sơ cấp ñược biểu thị bằng ñường thẳng
song song với trục ngang và cắt ñặc tính góc ở ñiểm A trên hình 27-4.Như
vậy muốn ñiều chỉnh công suất tác dụng Pcủa máy phát thì phải thay ñổi
góc θ nghĩa là giao ñiểm A bằng cách thay ñổi công suất cơ trên trục máy.
Công suất tác dụnh cực ñại P
m
mà máy phát ñiện có thể cung cấp cho
hệ thống ñiện ứng với khi dP/dθ = 0. Áp dụng ñiều kiện ñó ñói với biểu
thức (24-11) của máy phát ñồng bộ cực ẩn suy ra ñược θ
m
= 90
o
và:
P
m
=
d
x
mUE

Cũng như vậy với máy cực lồi, từ (24-13) có thể suy ra ñược góc θ

m
xác ñịnh bởi : cosθ
m
=
B
ABA
4
8
22
−+

Trong ñó : A =
d
x
mEU
, B = mU
2
(
dq
xx
11
−
)
Và P
m
=
m
dq
m
d

xx
mU
x
mUE
θθ
2sin)
11
(
2
sin
2
−+

Khi ñiều chỉnh công suất tác dụng cần chú ý ră ngf máy phát ñiện ñồng
bộ chỉ làm việc ổn ñịnh tĩnh khi 0< θ <θ
m
. Để thấy rõ ñiều ñó, giả sử rằng
máy ñang làm việc ở giao ñiểm A ứng với θ
1
< θ
m
. Nếu do một nguyên
nhân nào ñó công suất cơ P
cơ
của ñộng cơ sơ cấp tăng lên trong một thời
gian ngắn sau ñó lại trở về trị số ban ñầu thì rôto của các máy phát ñiện sẽ
quay nhanh lên. Như vậy góc θ sẽ tăng thêm +∆θ và tương ứng công suất P
sẽ tăng thêm ∆P. Vì lúc ñó công suất cơ P
cơ
ñã

trở về trị số ban ñầu nên
P+∆P >P
cơ
, kết quả là rôto sẽ bị ghìm và máy phát ñiện trở lại làm việc ở
góc θ ban ñầu sau vài chu kỳ giao ñộng. Trái lại nếu máy phát ñiện làm việc
xác lập ở θ
2
> θ
m
, ví dụ ở ñiểm Btrên hình 27-4 thì khi công suất cơ thay
ñổi trên, góc θ tăng thêm ∆θ sẽ làm cho P của máy phát ñiện giảm, như vậy:

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

16


P < P
cơ
, kết quả là rôto quay nhanh them, góc θ càng tăng và máy phát ñiện
sẽ mất ñồng bộ với lưới ñiện.
Từ những ñiều nói trên ta thấy rằng, khi ñiều chỉnh công suất tác dụng
mà muốn giữ cho máy phát ñiện làm việc ổn ñịnh thì phải có ñiều kiện sau:

0
>
θ
d

dP

trong ñó dP/dθ ñược gọi là công suất chỉnh bộ ñặc trưng cho khả năng
giữ cho máy làm việc ñồng bộ trong lưới ñiện và ñược ký hiệu bằng P
cb
.
Từ các biểu thức (24-13) ,(24-15) suy ra ñược hệ số công suất chỉnh bộ
ñối với máy cực lồi:
P
cb
=
d
x
mUE
cosθ +mU
2
(
dq
xx
11
−
)cos2θ
Và ñối với máy cực ẩn:
P
cb
=
d
x
mUE
cosθ

Đường biểu diễn của công suất chỉnh bộ, ta thấy khi không tải (θ = 0),
khả năng chỉnh bộ tức khả năng của ∆P giữa công suất cơ ñưa vào máy và
công suất tác dụng ñưa ra lưới ñiện ứng với sự thay ñổi ∆θ làm cho máy
phát vẫn duy trì làm việc với lưới ñiện là lớn nhất, còn khi θ =θ
m
thì khả
năng chỉnh bộ bằng không.
Trên thực tế vận hành, ñể ñề phòng trường hợp U hoặc E giảm hoặc
những nguyên nhân khác làm cho công suất P ñưa ra lưới ñiện giảm thoe
nhưng vẫn duy trì ñược ñồng bộ, máy phát ñiện thường làm việc với công
suất ñịnh mức P
dm
ứng với θ <30
0
.
Như vấy khả năng quá tải của máy phát ñiện ñồng bộ ñược xác ñịnh tỷ
số:
k
m
=
dm
m
P
P
gọi là hệ số khả năng quá tải.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

17

Đối với máy cực ẩn k
m
=
dm
θ
sin
1

Theo quy ñịnh thì cần ñảm bảo k
m
>1,7 và muốn như vậy thì máy phải
có tỷ số ngắn mạch K lớn, nghĩa là x
d
phải nhỏ (hoặc khe hở lớn)
Cần chú ý rằng khi ñiều chỉnh công suất tác dụng, do θ thay ñổi nên
công suất phản kháng cũng thay ñổi theo.
b.Trường hợp máy phát ñiện công suất tương tự làm việc song song.
Giả sử có hai máy phát ñiện công suất bằng nhau làm việc song song.
Ở trường hợp này, trong ñiều kiện tải của lưới ñiện không ñổi khi tăng công
suất tác dụng của máy mà không giảm tương ứng công suất tác dụng của
máy kia thì tần số của lưới ñiện sẽ thay ñổi cho ñến khi có sự cân bằng mới
và khiến cho hộ dùng ñiện phải làm việc trong tần số khác ñịnh mức. Vì
vậy, ñể cho f = const khi tăng công suất tác dụng của một máy thì phải giảm
công suất tác dụng của máy kia. Chính cũng bằng cách ñó mà có thể thay
ñổi sự phân phối công suất tác dụng giữa hai máy.
2. Điều chỉnh công suất phản kháng của máy phát ñiện ñồng bộ.
Ta hãy xét việc ñiều chỉnh công suất phản kháng của máy phát ñiện
ñồng bộ làm việc trong lưới ñiện vô cùng lớn (U,f = const) khi công suất tác

dụng cuả máy ñược giữ không ñổi.
Giả sử máy có cực ẩn và ñể ñơn giản, bỏ qua tổn hao trên dây quấn
phần ứng (r
u
=0).
Vì P = mUIcosφ là không ñổi, và với ñiều kiện U = const nên khi thau
ñổi Q, mút của vectơ I luôn nằm trên một ñường thẳng, thẳng góc với U.
Với mỗi trị số của I sẽ có một trị số của cosφ và ñò thị véctơ suất ñiênñộng
tương ứng sẽ xác ñịnh ñược ñộ lớn của véctơ E, từ ñó suy ra ñược dòng
ñiện kích thích i
t
cần thiết ñể sinh ra E. Cũng cần chú ý rằng,

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

18


P = mUIsinθ/x
d
=P
l
=const, trong ñó U, x
d
không ñổi nên P =Esinθ =
OB = const và mút cuả véctơ E luôn nằm trên ñường thẳng thẳng góc với
OB.
Kết quả phân tích cho thấy rằng, muốn ñiều chỉnh công suất phản
kháng Q thì phải thay ñổi dòng ñiện kích thích i

t
của máy phát ñiện.















THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

19


CHNG II
N NH TN S IN P MY PHT


I. CC LOI NG C S CP
Trong cụng nghip cng nh trong ủi sng ngi ta cú rt nhiu cỏch
ủ cú th phỏt ra ủin nng, ủn gin nht l phng phỏp c sỏt ủu v bỳt

nha vo tm len hoc d cng cú th sinh ra mt ủin nng cú nng lng
hỳt ủc mu giy nh vn lờn ủõy ngun nng lng s cp l sc lc
ca con ngi nhng trong trng hp ny ngi ta ch ủ lm mt thớ
nghim ủn gin l phỏt hin ủin nng m thụi. Trong cụng nghip hin ủi
ngi ta s dng cỏc ngun c nng cú sc mnh hn rt nhiu nh:
Nh mỏy thu ủin thỡ s dng sc nc ủ lm quay Tuabin nc. Nh
mỏy nhit ủin thỡ s dng nhit lng lm quay Tuabin hi, hay mt s
trng hp s dng sc giú lm quay Tuabin cng ủ lm sinh ra ủin
nngTrong trng hp ngi ta mun cung cp cho ti cú cụng sut nh
v yờu cu phi thng xuyờn lu ủng thỡ ngi ta cú th dựng ủng c
iờzen hoc ủng c ủin mt chiu lm ủng c s cp.
Nhng trong trng hp ny tụi dựng ủng c ủin mt chiu lm ủng
c s cp l vỡ:
ủõy l mt mụ hỡnh thc hnh cho nờn ủ trỏnh cng cnh, gõy ra
nhiu ting n v cú th vn chuyn lu ủng ủc cho nờn tụi quyt ủnh
s dng ủng c ủin mt chiu kớch t ủc lp lm ủng c s cp.
Ngoi ra khụng ch vỡ lý do trờn m lý do c bn nht ủú l u ủim ca
ủng c ủin mt chiu.
Trong nn sn xut hin ủi, ủng c ủin mt chiu ủc coi l mt
loi mỏy quan trng. ng c ủin mt chiu cú ủc tớnh ủiu chnh tc ủ

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM

20


rt tt, phm vi ủiu chnh rng. i vi ủng c ủin mt chiu cú mch
lc v mch ủiu khin ủn gin hn ủng thi li ủt cht lng ủiu chnh
cao trong di ủiu chnh tc ủ rng. Vỡ vy ủng c ủin mt chiu ủc

dựng nhiu trong nhng nghnh cụng nghip cú yờu cu cao v ủiu chnh
tc ủ iu ny rt cú li cho nhng ti cú cụng sut nh v khụng n
ủnh nh mụ hỡnh ny. Chớnh vỡ vy m tụi quyt ủnh dựng ủng c ủin
lm ủng c s cp.

II. NG C IN MT CHIU
1. Cu to v nguyờn lý lỏm vic.
1.1. Nguyờn lý lm vic.
- Nguyờn lớ lm vic ca mỏy ủin mt chiu khụng khỏc nguyờn lý lm
vic ca mỏy ủin xoay chiu, ch khỏc mỏy ủin mt chiu l cú thờm b
phn chnh lu cú khi gi l vnh ủi chiu (vnh gúp).
1.2 Mỏy ủin mt chiu chia lm ba phn chớnh.
1) Phn cm-stato.
to t trng cho mỏy.
a. Cc t chớnh: Gm cú lừi thộp v dõy qun kớch t.Trong ủú cú
dũng mt chiu ta gi l dũng kớch t ủ to ra t trng cho mỏy.
b. Cc t ph. ci thin tia la ủin gia chi than v vnh ủi
chiu. Gm cú lừi thộp v dõy qun cc t ph ni tip vi dõy qun phn
ng.
c. V mỏy: Ngoi nhim v bo v cỏc chi tit bờn trong v chu lc
cũn dựng ủ dn t vỡ vy v mỏy ủc lm bng thộp ủỳc hoc bng thộp
hn.
2) Phn ng-rụto:

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM

21

a. Lá thép. Gồm các là thép kỹ thuật ñiện dập theo hình tròn. Bề mặt
có rãnh ñể ñặt day quấn phần ứng ghép cách ñiện nhau.
b. Dây quấn phần ứng.
Tạo thành các bối dây và hai cạnh của bối dây ñặt ở rãnh lõi thép
phần ứng. Các bối dây ñược ghép nối với nhau tạo thành mạch kín.
3) Vành ñổi chiều.
Do dây quấn phần ứng gồm nhiều bối dây nên mạch một chiều gồm
nhiều phiến ñồng ghép cách ñiện với nhau và cách ñiện với trục. Tì trên
vành một chiều là những cặp chổi than ñứng yên. Các cặp chổi than phân
chia dây quấn phần ứng thành các nhánh song song. Sức ñiện ñộng của máy
bằng tổng các sức ñiện ñộng của các vòng dây trong một nhánh song song.
1.3 .Mở máy
Khi mở máy tốc mở máy ban ñầu n
0
thì E
u
=0, dòng ñiện khi mở máy
phần ứng I
umở
=
Ru
U
nên dòng ñiện mpử máy rất lớn I
mở
= (5
÷
10) I
dm
. Để
giảm dòng mở máy thì trong mạch phần ứng ta nối tiếp biến trở R

m
. Doñó
khi mở máy ta ñể R
m
ở giá trị max. Khi mở song ta ñưa R
m
= 0 ñể giảm tổn
hao. Vì vậy khi mở máy có I
umở
=
Ru
Rm
U
+
.

1.4. Điều chỉnh tốc ñộ.
• Từ phương trình ta có: n =
φ

.
ek
IuRuU
−
.
a. Thay ñổi ñiện trở phần ứng:
Muốn thay ñổi ñiện trở phần ứng thì ta nối tiếp vào mạch phần ứng biến
trở R
p
.(vị trí giống R

m
), thay ñổi R
p
thì ñộng cơ thay ñổi dược tốc ñộ.
Đặc ñiểm: tổn hao lơn vì I
u
lớn.
Ta chỉ tăng ñược ñiên trở mạch phần ứng nên chỉ giảm ñược tốc ñộ,

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

22


b. Thay ñổi tôc ñộ:
Muốn thay ñổi ñiện áp U thì ta phải dùng bộ nguồncó thể thay ñổi ñiện
áp U
Ví dụ: Bộ chỉnh lưu dùng tổ hợp: ñộng cơ không ñồng bộ + máy
phát kích từ ñộc lập + máy phát kích từ + ñộng cơ ñiện
Đặc ñiểm: Ta chỉ giảm ñược ñiện áp Unên chỉ giảm ñược tốc ñộ
c. Thay ñổi ñiện trở kích từ
Để thay ñổi ñiện trở kích từ trong mạch kích từ ta nối tiếp biến trở
R
dc

Khi thay ñổi R
dc
thì I
kt

thay ñổi,φ thay ñổi và tốc ñộ ñộng cơ thay ñổi
Đặc ñiểm: + tổn hao ít vì I
kt
nhỏ
+ Phạm vi ñiều khiển rộng
Ta chỉ tăng ñược ñiện trở mạch kích từ nên chỉ giảm ñược I
kt
và φ.Do
ñó chỉ tăng ñược tốc ñộ
Động cơ ñiện một chiều có ưu ñiểm là việc ñiều chỉnh tốc ñộ ñơn
giản, phạm vi ñiều chỉnh rộng.










2. Đặc tính cơ.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

23

Các ñường ñặc tính cơ của ñộng cơ một chiều kích từ ñộc lập khi
thay ñổi ñiện trở phụ mạch phần ứng.

Ta xét quan hệ n=f(m) khi giữ U không ñổi, R
kt
không ñổi.
Từ phương trình ta có n=
φ
.
Ke
U
-
φ
Ke

Ru
.I
u

Và M=K
m
.φ.I
u
hay I
u
vào n ñược:
n=
φ
.
Ke
U
-
2

φ
KmKe
Ru
.M (1)
a. Động cơ kích từ song song
R
f4
M
TN [R
n
]

ω
ω
O
R
f1

R
f2
R
f3
M
C
0

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

24


Do U,R
kt
không ñổi nên I
kt
=
Rkt
U
không ñổi
Do ñó φ không ñổi biểu thức(1) có dạng:

φ
.
Ke
U
=a=n
0
;
2

φ
KmKe
Ru
=b
⇒
n=a-bm.
ñặc tính có n
0
=a =
φ
.
ke
U
tốc ñộ của ñộng cơ khi không tải M
e
= M =o.
M
e
: mô men cản của máy công cụ, ñặc tính cơ thay ñổi.
a =
φ

.
ke
U
thay ñổi b không ñổi
- Đặc tính cơ thay ñổi ñiện trở mạch phần ứng a không ñổi.
b =
2
.
φ
kekm
Ru
thay ñổi.
R
u1
< R
u2
<R
u3
.
b. Động cơ kính từ nối tiếp.
Do I = I
u
= I
ktn
cũng tỷ lệ với I
u
.
Nếu φ tỷ lệ với I
ktn
cũng tỷ lệ với I

u
.
Ta có : φ = φ
u
.k.I
u
ta thay vào mômen thì ta có.
M = K
m
.k
φ
I
u
2
: mômen (M) tỷ lệ với I
2
u
nên ñộng cơ kích từ nối tiếp
có khả năng quá tải lớn.
Nếu ñộng cơ quá tải hai lần thì :M
e
= M tăng hai lần = 2M, nhưng I
u

tăng lên
2 lần. Vì vậy ñộng cơ kích từ nối tiếp ñược dùng nhiều trong
giao thông.
Ta thay I
u
=

φ
φ
k
vào M
⇒
M =
φ
K
Km
. φ
2
hay φ =
Km
MK .
φ
.
Ta thay M và k
b
vào biểu thức (1) ta có.
N =
MKKe
KmU

.
φ
-
φ
KKe
Ru
.

.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

25


Ta ñặt : a
/
=
φ
KKe
KmU
.
.
và b
/
=
φ
KKe
Ru
.

⇒
ñặc tính cơ: n =
M
a
/
- b

/
ñây là phương trình ñường hyperpol.
Đặc tính:
+ Không cho phép ñộng cơ một chiều kích từ nối tiếp chạy không tải
hoặc nối tải (M
0a
) vì khi ñó tốc ñộ ñộng cơ rất lớn. Nhưng về mặt cơ
không cho phép vì ổ bi hoặc trục bạc chỉ chịu ñược tốc ñộ nhất ñịnh, dễ gây
cháy ổ bi.
+ Không ñược dùng ñai truyền ñối với ñộng cơ khi nối tiếp vì ñai
truyền làm tốc ñộ ñộng cơ tăng lên.
III. ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SƠ CẤP.
Trên thực tế có hai phương pháp cơ bản ñể ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ
ñiện một chiều.
• Điều chỉnh ñiện áp cấp cho phần ứng ñộng cơ.
• Điều chỉnh ñiện áp cấp cho mạch kích từ ñộng cơ.
Cấu trúc mạch lực của hệ truyền ñộng ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ bao giờ
cũng cần có bộ biến ñổi. Các bộ biến ñổi này cấp cho mạch phần ứng ñộng
cơ hoặc mạch kích từ ñộng cơ.
Ở ñây ta sử dụng phương pháp ñiều chỉnh ñiện áp cấp cho phần ứng
ñộng cơ dùng mạch chỉnh lưu ñiều khiển dùng Tranristor ñể ñiều khiển góc
mở Thyristor.
1. Sơ ñồ nguyên lý mạch chỉnh lưu ñiều khiển.
(Ổn ñịnh tốc ñộ ñộng cơ sơ cấp)




THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN