[Đồ Án] Thiết Kế Máy Phát 3 Pha - Hệ Thống Ổn Định Cho Máy Phát phần 6 ppsx

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

56

Ởû đây máy kích từ xoay chiều được nối trục với máy phát đồng bộ. Dòng
điện phần cảm của máy kích từ điều chỉnh trực tiếp dòng kích từ I
t
. Dùng
Thyristor chỉnh lưu sẽ làm tăng nhanh đáp ứng điều khiển nhưng đối với phương
án b khó khăn gặp phải là vấn đề truyền tín hiệu điều khiển vào Thyristor quay.

I.2.3 Hệ tự kích thích.
Nguồn cấp kích từ lấy từ đầu ra máy phát chính. Sử dụng TU, TI và các bán
dẫn có điều khiển để điều khiển I
t
.

Hình I.3Hệ thống kích từ không vành trượt.

Trong hệ thống này người ta dùng một máy phát điện xoay chiều ba pha
quay cùng trục với máy phát điện chính làm nguồn cung cấp.
Máy phát xoay chiều có kết cấu đặc biệt. Cuộn kích từ đặt ở Stator còn cuộn
dây ba pha lại đặt ở Rôtor. Dòng điệïn xoay chiều ba pha tạo ra ở máy phát điện
kích thích được chỉnh lưu thành dòng một chiều nhờ b
ộ chỉnh lưu CL. Nhờ vậy
cuộn kích từ C
f
của máy phát điện chính có thể nhận được dòng điện một chiều
không qua vành trượt và chổi điện. Cuộn dây kích từ của máy phát kích thích (
đặt ở Stator) được cung cấp dòng điện thông qua bộ chỉnh lưu khác (thường là
chỉnh lưu có điều khiển ).

TĐK
CL
Đ
CL
F
TI
TU
C
f
Phần quay

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

57
Trong quá trình vận hành của máy phát điện, khi xảy ra các biến đổi đột ngột
sơ đồ nối điện, phụ tải và các sự cố ngắt mạch thì TĐK tác động trực tiếp vào cực
điều khiển của CL làm thay đổi dòng kích từ của máy phát kích thích nhằm mục
đích điều chỉnh dòng I
f
của máy phát điện chính F để giữ điện áp trên đầu cực
máy phát không bị giảm thấp quá mức cho phép hoặc cao mức quy định hay nói
cách khác điện áp đầu cực máy phát được giữ ổn định.

I.2.4 Hệ thống kích từ chỉnh lưu có điều khiển.
Để cho điện áp kích từ giới hạn lớn thì tốc độ tăng điện áp kích từ càng
nhanh. Tức là hằng số th
ời gian của hệ thông kích từ nhỏ, hằng số mày phụ thuộc
tín hiệu ra của bộ TĐK và hệ thống kích từ cụ thể. Chính vì thế với hệ thống kích
từ dùng chỉnh lưu có điều khiển xung điều khiển nhờ tác động của TĐK nhận tín
hiệu từ đầu ra của máy phát thay đổi trực tiếp vào điện áp kích từ của máy phát.










Hình I.4 Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển.

Với sơ đồ này dòng một chiều cung cấp cho cuộn kích từ lấy điện áp trực
tiếp ở đầu cực máy phát điện qua chỉnh lưu có điều khiển. Chỉnh lưu này dùng các
bộ Thyristor, xung điều khiển nhận trực tiếp từ bộ TĐK lấy tín hiệu từ
đầu ra để
làm thay đổi dòng và áp kích từ của máy phát. Hệ thống này rất đơn giản, có khả
năng tác động nhanh, làm việc tin cậy và được áp dụng rộng rãi.
Như vậy, với yêu cầu thiết kế mạch ổn định điện áp cho máy phát điện tức là
thiết kế mạch điều khiển kích từ với nguồn cấp kích từ lấy từ đầu ra của máy phát
chính. Với công su
ất máy phát điện 12KVA không lớn cho nên ta chọn phương
pháp điều chỉnh kích từ trực tiếp lấy điện áp đầu ra của máy phát qua máy biến áp

đưa điện vào bộ chỉnh lưu Thyristor.
I.3 Giới thiệu các sơ đồ chỉnh lưu thường dùng hiện nay.







TĐK
CL
Đ
I
f

F
TI
TU
C
f
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

58

Ở đây chúng ta chọn một sơ đồ chỉnh lưu cung cấp cho tải một chiều có điện
cảm lớn, không làm việc ở chế độ nghịch lưu trả năng lượng về lưới. Chúng ta chỉ
đi sâu áp dụng các mạch được sử dụng trong thực tế đó là chỉnh lưu một nửa chu
kỳ, chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp trung tính, chỉnh l
ưu cầu một pha, chỉnh lưu
tia ba pha, chỉnh lưu tia sáu pha và chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối

xứng.

I.3.1 Chỉnh lưu một nửa chu kỳ.

*Trường hợp tải có tính trở :















a.Hoạt động :
Vaò thời điểm α = θ ta phát xung mở T, lúc này T pân cực thuận nên có
dòng qua nó. Nếu bỏ qua điện áp rơi trên T thì lúc Tmở điện áp lưới bằng điện áp
tải.
Vào thời điểm α = π thì điện áp lưới bằng không, điện áp Anod củ
a T bằng
điện áp Catod nên T tự khóa.
Vì tải thuần trở cho nên dạng đặc tính của dòng điện giống như điện áp.
b.Các thông số :
-Giá trị điện áp tải :

dd0
1cos
UU
2
α
+
α
=


R
d
T
U
1~
L
d
BA
U
2~
α

u
2
θ
θ

u
d

,i
d
Hình I.6 - đồ thị thời gian của điện áp và dòng điện tải
với góc mở
α
(trường hợp tải thuần trở).
Hình I.5 Sơ đồ
nguyên lý chỉnh lưu một
nưa chu kỳ.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

59
Trong đó :
d0 2
2
UU=
π
giá trị trung bình khi điện áp không điều
khiển.
-Dòng điện tải trung bình :

d
d
d
U
I
R
α
=

-Dòng điện trung bình qua van :

vtb d
II
=

-Điện áp ngược lớn nhất trên van :

ngmax 2
U2U=
-Hệ số công suất biến áp :

ba
s
dmax
S
k3,09
P
==
-Số lần đập mạch trong moat chu kỳ :
f
đm
= 1
*Trường hợp tải có tính cảm :

a.Hoạt động :
Tương tự như trường hợp tải thuần trở, chỉ khác là do có điện cảm nên dòng
điện tăng dần từ khôngvà khi điện áp bằng không thì T vẫn còn dẫn cho đến khi
dòng điện bằng không.
b.Các thông số :
-Tất cả giống như trường hợp tải thuần tr
ở, chỉ khác giá trị điện áp tải
trung bình :

(
)
dd0
cos -cos -
UU
2
α
α
αλ
=

c.Nhận xét :
α

u
2

u
d
,e
L
i
d
θ

θ

θ

1
θ
u
d
e
L
Hình I.7-đồ thị thời
gian của điện áp và
dòng điện tải với góc
mở α (trườn hợp tải có
tính cảm).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

60
Đây là loại chỉnh lưu cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản. Tuy vậy các
chất lượng kỹ thuật như chất lượng điện áp một chiều, hiệu suất sử ụng biến áp
quá xấu. Do đó loại chỉnh lưu này ít được ứng dụng trong thực tế.

I.3.2 Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp nối trung tính.


















*Trường hợp tải thuần trở.
a.Hoạt động :
Theo sơ đồ động lực thì biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số
giống hệt nhau, ở mỗi nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng điện chạy qua. Trong
sơ đồ này điện áp tải đập mạch trong cả hai nửa chu kỳ vớ
i tần số đập mạch bằng
hai lần tần số điện áp xoay chiều. Hình dạng các đường cong điện áp, dòng điện
tải mô tả trên hình I.10 với tải trở.
b.Các thông số :

-Điện áp tải trung bình :

dd0
1cos
UU.
2
α
+
α
=

Trong đó :
d0
22
U =
π
- giá trị điện áp trung bình của chỉnh lưu
không điều khiển.
R
d
L
d
T
1

T
2

u
1

u
2
u
2
Hình I.8-sơ đồ nguyên lý
của chỉnh lưu cả chu kỳ
với biến áp có trung tính
θ

i
T1
θ

θ

u
d
,i
d
u
d
i
d
i
T2
Hình I.9 - đặc tính thời gian của điện
áp và dòng điện tải với góc mở
α

(trường hợp tải thuần trở).

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

61
-Dòng điện tải trung bình :


d
d
d
U
I
R
α
=
-Dòng điện qua van trung bình :

tbv d
1
II
2
=

-Điện áp ngược lớn nhất trên van :

ngmax 2
u22.U=
-Hệ số công suất máy biến áp :

s
k1,48

=

-Số lần đập mạch trong moat chu kỳ :

dm
f2
=

*Trường hợp tải cảm ( coi như tải cảm vô cùng lớn )










Các thông số :
-Giá trị trung bình điện áp tải :

dd0
UU.cos
α
=
α

c.Nhận xét :
So với chỉnh lưu nủa chu kỳ thì chỉnh lưu này có chất lượng điện áp tốt hơn.

Dòng điện chạy trong van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ. Đối với
chỉnh lưu có điều khiển I.9 nói chung và việc điều khiển các van bán dẫn tương
đối đơn giản. Tuy vậy việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấp giống nhau
làm cho phức tạp và hiệu suất sử dụng biến áp xấu, mặt khác điện áp ngược của
các van phải chịu có trị số lớn nhất.


I.3.3 Chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha.






α
u
2
θ
θ
u
d
i
d
Hình I.10 - đặc tính
thời gian của điện áp
và dòng điện tải với
góc mở α (trường hợp
tải có tính cảm).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

62

Xét cầu một pha điều khiển không đối xứng .
Sơ đồ mạch lực có hai dạng như sau :









Hình a Hình b



*Trường hợp tải thuần trở.
a.Hoạt động :
Vào mỗi thời điểm ta điều khiển mở đồng thời hai van T
1
, T
4
hoặc T
2
,T
3
.
Đồ thị thời gian của điện áp, dòng điện tải và các thông số với góc mở α cơ
bản giống như chỉnh lưu cầu hai nửa chu kỳ với biến áp có trung tính.

b.Các thông số cơ bản cũng như vậy. Chỉ khác :
-Điện áp ngược lớn nhất trên van :

ngmax 2
U2U=
-Hệ số công suất biến áp :

s
k1,23
=












*Trường hợp tải có tính cảm lớn.

u
1
u
2
T
1

D
1
T
2
D
2
R
d
L
d
u
1
u
2
T
1
T
2
D
1
D
2
R
d
L
d
Hình I.11 - sơ đồ mạch động lực của chỉnh lưu cầu một pha
điều khiển không đối xứng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

63












Hình a Hình b



a.Hoạt động ( xét hoạt động của sơ đồ a ).
Khi điện áp Anod T
1
dương và Catod D
1
âm có dòng điện tải chạy qua T
1
, D
1

đến khi điện áp đổi dấu ( với Anod T
2
dương ) mà chưa có xung mở T

2
năng
lượng của cuộn dây tải L
d
được xả qua D
2
,T
1
. Thyristor T
1
sẽ bị khóa khi có xung
mở T
2
kết quả là chuyển mạch các van có điều khiển được thực hiện bằng mở van
kế tiếp. Điện áp ngược của van phải chịu :

ngv 2
u2.U=
b.Các thông số cơ bản của hai sơ đồ :
Hình a:
-Điện áp trung bình trên tải :

dd0
1cos
UU
2
α
+
α
=

-Dòng điện trung bình qua van :

d
tbvD tbvT
i
ii
2
=
=




Hình b:
- Điện áp trung bình trên tải :

dd0
1cos
UU
2
α
+
α
=

u
d
,i
d

u
d
i
d
i
T1
i
T2
i
D1
i
D2
θ

θ

θ

θ

θ

u
d
,i
d
u
d
i
d

θ

θ

θ

θ

θ

i
T1

i
T2
i
D1
i
D2
Hình I.12 - đặc tính thời gian của điện áp, dòng điện tải và
dòng điện qua các van.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

64
- Dòng điện trung bình qua van :

tbvT d
ii
2
π

−α
=
π


tbvD d
ii
2
π
+α
=
π

c.Nhận xét :
Nhìn chung các loại chỉnh lưu cầu một pha có chất lượng điện áp tương
đương nhau như chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính. Chất lượng điện
một chiều và dòng điện làm việc của van bằng nhau nên việc ứng dụng chúng
cũng tương đương nhau.Mặc dù vậy ở chỉnh lưu cầu một pha có ưu điểm hơ
n ở
chỗ là : điện áp ngược trên van bé hơn; biến áp dễ chế tạo hơn; có hiệu suất cao
hơn. Thế nhưng chỉnh lưu cầu một pha có số lượng van nhiều gấp hai lần làm giá
thành cao hơn, sụt áp trên van lớn gấp hai lần.

I.3.4 Chỉnh lưu tia ba pha.

*Khi tải thuần trở.





a
bc
T
1
T
2
T
3

L
d
R

d
Hình I.13 - sơ dồ
mạch động lực của
chỉnh lưu tia ba pha.
u
A
u
B
u
C
u
d
i
d
θ

θ

Hình I.14-đặc tính thời
g
ian của đi
ệ
n
á
p,

d
òn
g

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

65












a.Hoạt động :
Giao điểm của các đường cong điện áp (phần dương ) là góc thông tự nhiên.
Như vậy góc thông tự nhiên lệch pha dịch pha so với tọa độ 30
0
. Góc mở của
Thyristor được tính từ góc thông tự nhiên. Khi Anod của van nào dương hơn van
đó mới được kích mở. Thyristor chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời
điểm góc thông tựï nhiên. Với điện áp tải liên tục mỗi van dẫn thông trong 1/3
chu kỳ. Dòng điện trung bình của các van đều bằng (1/3)I
d
.
Từ đồ thi ta có nhận xét : khi góc mở α < 30
0
thì dòng điện liên tục và ngược
lại.

b.Các thông số cơ bản :
-Giá trị điện áp tải trung bình :
Khi α <30
0
:
dd0
UU.cos
α
=
α

Khi α >30
0
:

(
)
0
dd0
1 cos 30
UU.
3
α
+α+
=

-Giá trị dòng điện tải trung bình :

d
d

d
U
I
R
α
=
-Dòng điện trung bình qua van :

d
tbv
I
I
3
=

-Điện áp ngược lớn nhất trên van :

ngmax 2
U6.U=
-Hệ số công suất lớn nhất :

s
k1,34
=

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát.

66
-Công suất của máy biến áp :

BA s d d d d
S k .U .I 1,34.U .I
=
=

-Số lần đập mạch trong một chu kỳ :

dm
f3
=

*Trường hợp tải có tính cảm :

Hình I.15 Giản đồ thời gian điện áp, dòng điện áp tải, dòng điện các van,
điện áp của Thyristor T
1
khi góc mở
α
=30
0
, L= ∞.

Các thông số cơ bản :

-Trị số trung bình của điện áp tải :


22
36
. . 1,17. .
2.
df
UUcosUcos
α
α
π
==

-Công suất biến áp :

S
BA
= 1,34.U

d
.I
d

-Điện áp ngược đặt lên van :

=
n
g
max 2f
U6U
c.Nhận xét :
u
d
i

I
T1
I
T2
I
T3
I
d
u
T1
;
1
β
4

β
1
β
2
β
3
;
2
;
3
;
4
0

0

0

θ
θ
θ

u
A
u
B
u
c
U
d