Điện tàu thủy đại cương

PHẦN 1 : TRẠM PHÁT ĐIỆN.
Chương 1: Trạm phát điện tầu thuỷ.
§1. Khái niệm chung.
1.1. Khái niệm:
Trạm phát điện tầu thuỷ làm nhiệm vụ cung cấp, truyền và phân bố năng lượng
điện cho các thiết bò dùng điện.
Tất cả các thiết bò để vận hành một con tàu phần lớn đều sử dụng nguồn năng
lượng điện, vì vậy năng lượng điện đóng vai trò rất quan trọng quyết đònh cho sự sống
còn của con tàu. Từ các máy móc điện hàng hải như: Vô tuyến, VHF, Rada, Máy đo
sâu… đến các thiết bò buồng máy như: Các loại bơm, máy lọc, máy Phân ly, động cơ
Diezel … và cả các thiết bò phục vụ cho con người như: Chiếu sáng, đốt nóng, Máy
lạnh… đều sử dụng chung một nguồn năng lượng, đó là nguồn năng lượng điện. Sở dó
có điều này là do nguồn năng lượng điện có nhiều ưu thế hơn các nguồn năng lượng
khác ở chỗ:
- Dễ tạo ra từ các nguồn năng lượng khác cũng như có thể biến đổi từ năng lượng
điện sang các dạng năng lượng một cách đơn giản và thuận tiện.
- Năng lượng điện có thể dễ dàng tập trung, truyền tải cũng như phân bổ trong toàn
bộ hệ thống.
- Các thiết bò điện hoạt động tin cậy, tuổi thọ cao, không gây tiếng ồn, dễ dàng trong
vận hành, khai thác, bảo dưỡng hệ thống.
- Các thiết bò vô tuyến, thông tin liên lạc phải sử dụng đến năng lượng điện.
- Năng lượng điện là nguồn năng lượng sạch không gây ô nhiễm môi trường.
Ngày nay một số dạng năng lượng khác cũng đã được đưa vào sử dụng như năng
lượng mặt trời, năng lượng nguyên tử nhưng không phổ biến do còn nhiều hạn chế.
1.2. Các yêu cầu cơ bản:
Do điều kiện làm việc trên tàu thủy rất khác nghiệt do phải luôn chòu tác động
của môi trường như rung lắc, sự chênh lệch nhiệt độ khi tàu đi qua các vùng biển khác
nhau, độ ẩm, nước muối….và nhiều điều kiện khác nên phải trạm phát điện trên tàu
thủy phải đảm bảo đầy đủ các yêu cầu cơ bản của một trạm phát điện bình thường thì
còn phải thỏa mãn một số yêu cầu sau :
- Phải có kết cấu đơn giản, chắc chắn, gọn nhẹ và ít chiếm diện tích lắp đặt.

- Hoạt động tin cậy, an toàn trong mọi điều kiện làm việc của tàu theo quy đònh
đăng kiểm.
- Dễ dàng trong việc vận hành, khai thác và bảo dưỡng.
- Đảm bảo tính cơ động.
- Hiệu suất sử dụng cao.
- Tránh gây tiếng ồn và ít gây nhiễu cho các thiết bò radio…
1.3. Cấu trúc trạm phát điện tàu thủy :
Hiện nay trên các tàu thủy thường sử dụng trạm phát điện diesel xoay chiều
gồm động cơ diesel trung tốc hoặc cao tốc lai máy phát xoay chiều đồng bộ 3 pha
điện áp 380V tần số 50Hz hoặc điện áp 440V tần số 60 Hz. Trong giới hạn tài liệu
này, chúng ta nghiên cứu trạm phát điện diesel xoay chiều.
Tùy thuộc vào loại tàu mà trạm phát điện có thể bao gồm 2 đến 6 máy phát
chính và 1 máy phát sự cố. Tàu hàng khô, tàu container thường có 2 đến 3 máy
phát, tàu khách thường có 4 đến 6 máy phát, … Các máy phát này có thể công tác
độc lập hoặc song song nhau.
Hình 1.1 vẽ sơ đồ một dây trạm phát điện có 3 máy phát chính trong đó 2 máy
phát cùng công suất, 1 máy phát có công suất nhỏ hơn và 1 máy phát sự cố. Đây là
một trạm phát điển hình thường thấy ở các tàu hàng, tàu container.
Trong cấu trúc này sử dụng thêm một máy phát công suất nhỏ để tăng tính linh
hoạt và tính kinh tế trong khai thác trạm phát điện. Khi tàu đỗ bến không làm hàng
thì tải tiêu thụ nhỏ, lúc này máy phát công suất nhỏ này được sử dụng.
G1
CB1
DE1
G2
CB2
DE2 G3
CB3
DE3
EG

CB5
CB


phụ tải phụ tải rất quan trọng
D.E
Hình 1.1 Trạm phát điện điển hình ở tàu hàng
02 máy phát công suất lớn 400KVA-380V-50Hz (G1, G2)
01 máy phát công suất nhỏ 180KVA-380V-50Hz (G3)
01 máy phát sự cố 50KVA-380V-50Hz (G4)
Hình 1.2 vẽ sơ đồ một dây trạm phát điện có 2 máy phát chính cùng công suất, 1
máy phát sự cố và 2 máy phát đồng trục. Đây là một trạm phát điển hình ở các tàu
dòch vụ, tàu cứu hộ, … Hai máy phát đồng trục chủ yếu cấp điện cho các phụ tải công
suất lớn như chân vòt mũi, chân vòt mạn, bơm cứu hỏa, …
Cấu trúc này có ưu điểm là nâng cao hiệu suất sử dụng máy chính, giảm chi phí
khai thác bảo dưỡng trạm phát (các diesel lai máy phát).
G1
CB1
DE1
G2
CB2
DE2
SG1
CB3
SG2
CB4

phụ tải
DE3 DE4

phụ tải công suất lớn
CB7
EG
CB5
CB6

phụ tải rất quan trọng
EDE
Hình 1.2 Trạm phát điện điển hình ở tàu dòch vụ
§2. Đònh nghóa và phân loại trạm phát điện.
2.1. Đònh nghóa :
Đònh nghóa : trạm phát điện là hệ thống năng lượng điện làm nhiệm vụ cung cấp,
truyền tải, phân phối năng lượng từ lưới đến các phụ tải. Một trạm phát tối thiểu phải
bao gồm các phần sau :
- Nơi tạo ra nguồn điện : Các máy phát xoay chiều, các máy phát một chiều
hoặc các acquy( nguồn điện sự cố ).
- Nơi phân phối điện năng : hệ thống bảng điện chính, hệ thống dây dẫn, các
thiết bò đo và kiểm tra.
- Các phụ tải : chủ yếu là các motor điện và các thiết bò sử dụng năng lượng
điện.
2.2. Phân loại trạm phát:
a.Phân loại theo động cơ lai
- Trạm phát diesel: có động cơ lai là diesel
- Trạm phát turbin: có động cơ lai là turbin
- Trạm phát hỗn hợp: có động cơ lai là diesel và turbin
Trên một số tàu sử dụng thêm một số máy phát đồng trục được lai bởi động cơ
diesel lai chân vòt.
G2
CB2
D.E2

G3
CB3
D.E3
G1
CB1
D.E1
a) Diesel lai máy phát
NH1
G1
CB1
NH2
G2
CB2
NH3
G3
CB3
TB1
TB2
TB3
b) Turbin lai máy phát
N.H1
G1
CB1
G2
CB2
D.E2
G3
CB3
D.E3
TB1

c) Hỗn hợp
Hình 1.3 Sơ đồ trạm phát điện tàu thủy
b.Phân loại theo dòng điện
- Trạm phát một chiều: các máy phát là máy phát một chiều.
- Trạm phát xoay chiều: các máy phát là máy phát điện xoay chiều đồng bộ 3
pha
Hình 10.2 Sơ đồ trạm phát điện tàu thủy:
a) Máy phát điện một chiều; b) Máy phát điện xoay chiều
c.Phân loại theo chức năng
- Trạm phát điện chính: trạm phát hoạt động thường xuyên, đảm bảo cung cấp
đủ nguồn điện năng cho mọi chế độ hoạt động của tàu.
Trạm phát điện sự cố: trạm phát hoạt động ở chế độ sự cố khi vì một nguyên
nhân nào đó mà trạm phát chính không hoạt động được. Trạm phát điện sự cố chỉ có 1
máy phát có công suất nhỏ đủ cung cấp điện cho các thiết bò quan trọng trong trường
hợp sự cố như các thiết bò vô tuyến điện, hệ thống chiếu sáng sự cố, hệ thống phát tín
hiệu, … Máy phát sự cố thường đặt cao hơn mặt boong chính đề phòng trường hợp sự
cố nước ngập buồng máy. Công suất máy phát sự cố thường từ 20kVA đến 200KVA.
§3. Các thông số cơ bản của trạm phát điện tàu thủy.
3.1. Loại dòng điện:
Cơ sở để chọn là các tải của nó( tải chủ yếu là động cơ), xu hướng hiện nay là
dùng trạm xoay chiều. Những thiết bò dùng điện một chiều thì qua bộ biến đổi.
Sở dó hay dùng điện xoay chiều vì những lý do sau đây:
- Độ tin cậy cao, chế tạo dễ, ít hỏng hóc.
- Chi phí bảo dưỡng rẻ hơn rất nhiều so với một chiều.
- Mức độ phức tạp khi quấn dây xoay chiều dễ hơn một chiều.
- Trọng lượng và kích thước bé( riêng máy fát xoay chiều lớn hơn một chiều).
- Thay đổi tốc độ đối với động cơ xoay chiều khó hơn một chiều( ngày nay đã
có những bộ biến đổi tần số để điều chỉnh láng động cơ xoay chiều).
n ~ = 60f/p = n
tt

(1-s) chỉ thay đổi tốc độ từng cấp.
U M. R
ưng
n - = +
C
e
( Φ
ss
+ Φ
nt
) C
e
. C
n
( Φ
ss
+ Φ
nt
)
2

Φ
ss
: Từ thông cuộn kích từ song song.
Φ
nt
: Từ thông cuộn kích từ nối tiếp.
C
e
, C

n
: Hệ số phụ thuộc máy điện.
- Cáp dẫn điện : Động cơ xoay chiều và một chiều tương đương. Trong thực tế
cáp một chiều nhỏ hơn xoay chiều. Nhưng bên xoay chiều có khả năng tăng áp dễ
hơn nên có thể giảm dòng.
- Về thiết bò khởi động: Bên xoay chiều nhỏ hơn một chiều.
- Công tắc tơ, rele : Công tắc tơ một chiều tin cậy hơn xoay chiều, nhưng kích
thước xoay chiều nhỏ hơn một chiều vì thiết bò dập hồ quang bé hơn.
3.2 Cấp điện áp:
Theo quy đònh của Đăng kiểm Việt nam có các cấp điện áp sau:
Áp xoay chiều : 12v, 24v, 36v, 127v, 220v, 380v, 440v, 600v.
Áp một chiều : 12v, 24v, 36v, 110v, 220v.
- 12v : dùng cho nơi ẩm ướt.
- 24v : dùng cho nơi có độ ẩm cao.
- 110v, 220v : dùng cho mạch ánh sáng, động lực.
- 380v, 440v : dùng cho mạch động lực.
- 600v : Dùng cho thiết bò chuyên dùng ( chân vòt điện).
3.3. Tần số của trạm phát :
Thường chọn theo tiêu chuẩn nhà nước chế tạo ra trạm fát đó: Xu hướng là tăng
tần số. Khi f tăng → n tăng → M giảm( P = const ) → d ( đường kính rotor) giảm →
giảm được kích thước trọng lượng máy điện nhưng kéo theo đó là một số vấn đề
vềbạc đỡ và ổ bi.
Tầu Nhật, tầu Châu Âu: 60hz. Tầu các nước XHCN : 50hz
3.4. Công suất trạm phát :
Thông thường thì công suất của một trạm phát cụ thể dưới tàu thủy thì phụ thuộc
vào tổng công suất của thiết bò được trang bò trên tàu. Việc bố trí cũng như số lượng
và công suất của mỗi máy phát phải đảm bảo các yêu cầu sau :
- Trạm phát phải cung cấp đủ công suất cho các phụ tải hoạt động
trong mọi chế độ hoạt động của tàu.
- Bắt buộc phải có trạm phát điện sự cố và được đặt trên mớn nước

của tàu trên boong hở và đảm bảo cấp nguồn cho một số tải quan trọng trên
tàu theo quy đònh của đăng kiểm.
§4. MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT
ĐỒNG BỘ.
4.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát đồng bộ : thường có hai loại
là máy phát cực ẩn và máy phát cực hiện.
4.1.1. Cấu tạo : thường có hai phần là stator và rotor
a- Stator
1- Mạch từ :
Là loiõ thép kỹ thuật điện
có độ dày từ 0,3-0,5 mm dập hình
vành khăn xẻ rãnh trong, các lá thép
kỹ thuật điện ghép các điện để giảm
dòng Fuco.
2- Vỏ máy: thường bằng thép đúc
hoặc gang, các máy phát điện công
suất nhỏ hai phía có nắp máy, các
máy phát điện công suất lớn các nắp
thường không chòu lực ổ đỡ, mà một
phía gắn cứng với động cơ sơ cấp,
phía bên kia đặt trên ổ đỡ gắn với vỏ
satxi.
3-Các cuộn dây cuộn dây ba pha (hoặc 1 pha) lấy điện ra gọi là cuộn dây phần
ứng. Chế tạo từ dây đồng hoặc hợp kim có độ dẫn điện cao, chòu được nhiệt độ,
bên trên tráng một lớp emay, men cách điện, tơ sợi tổng hợp, hoặc sợi thuỷ tinh,
mục đích làm cách điện giữa các dây trong cuộn dây, dây được quấn trong các
rãnh theo quy luật nhất đònh, số đầu dây ra của cuộn 3 pha có thể là 3, 6 9… tùy
theo hãng chế tạo. Các đầu dây được đặt trong hộp kín nước, có trụ nối để nối với
mạch ngòai. Giữa lõi cực từ và cuộn dây điện từ lót một lớp các điện bằng giấy
cách điện, mica cách điện, đặc điểm của lớp bià hay mica là dai, dẻo, chòu được

độ ẩ và điều kiện môi trường, có tuổi thọ cao thông thường thì phần cách điện này
phải chòu được nhiệt độ làm việc từ 135-180 độ C. Phần này lấy điện ra được gọi
là phần ứng, gồm có 3 cuộn dây, các cuộn dây điện từ này đặt lệch nhau 120 độ
điện, người ta quấn các cuộn dây thành 3 pha đối xứng và có số cặp cực tùy thuộc
vào tốc độ của động cơ lai để có tần số phù hợp, Toàn bộ phần ứng được đặt trong
vỏ máy theo thiết kế có khe hở thóang thoáng để có thể giải nhiệt dễ dàng

Hình 4.1 Cấu tạo stator của máy phát đồng bộ.
b. Rotor: Là phần kích từ có cấu tạo gồm mạch từ và cuộn dây kích từ:
1. Mạch từ làm bằng thép đúc. Có 2 dạng kết cấu kiểu cực lồi và kiểu cực ẩn, phần
mỏm cực tiếp giáp với khe khí Stato thường chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện ghép
lại để giảm dòng Fuco khi làm việc. Số cực từ là số chẵn, với một tốc độ quay cố đònh
rotor, số cực càng nhiều thì tần số nguồn điện càng cao, hay ngước lại với một tần số
nguồn điện cần tạo cố đònh (50,60Hz) số cực càng ít thì tốc độ động cơ sơ cấp càng
phải cao.
2. Cuộn dây: Cuộn dây điện từ được chế tạo bằng kim lọai đồng hoặc hợp kim có độ
dẫn điện cao được cấp dòng điện một chiều gọi là dòng kích từ, các cuộn dây kích từ
được nối theo quy luật để hình thành các cực nam châm xen kẽ nhau, có thể nối song
song hoặc nối tiếp các cuộn dây cực từ .
Trên phần mỏm cực của rotor có thể có các thanh dẫn kim loại luồn theo dọc các
cực từ và được hàn hai phía theo kiểu lồng sóc đó là lồng ổn đònh (chống dao động
máy khi tải thay đổi).
hình 4.2 cấu tạo rotor của máy phát đồng bộ.
c. Các chi tiết của máy phát đồng bộ:
- Vành trượt - hai đầu dây quấn kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vành trượt
ở đầu trục, thông qua hai chổi điện để nối với nguồn kích từ bên ngòai,(cần lưu ý
rằng các máy phát điện không chổi thankhông có chi tiết này-xem máy phát
điện không chổi than)
- Máy phát điện tàu thủy thường được làm mát bằng không khí nhờ hệ thống quạt
làm mát gắn hai đầu trục máy và kết cấu thông gió trong thân máy. Quạt gió

được bố trí phía không có vành trượt – chổi than.
- Khe khí giữa rotor, stator thường từ 5 –15mm tuỳ theo công suất.
4.1.2. Nguyên lý hoạt động :
Khi cuộn dây kích từ được cấp dòng điện một chiều DC thì rotor trở thành một
nam châm điện và hình thành các cực từ N-S xen kẽ þ,
Độ lớn þ tỷ lệ với giá trò của dòng điện kích thích (þ =K.I
kt
) [1-1]
Nếu rotor được quay bởi động cơ sơ cấp thì từ trường naỳ sẽ là từ trường quay so
với Stator và có tốc độ là n,. Từ trường này sẽ quét qua mặt phẳng các cuộn dây 3 pha
là suất hiện trong cuộn dây 3 pha một sức điện động có giá trò tức thời được tính theo
công thức:
[1-2]

k- là hệ số cấu tạo có liên quan tới kích thước dây quấn
kq – là hệ số quấn dây máy phát
w- Là số vòng dây của cuộn dây máy phát
- Là tốc độ góc của rôtor [1-3]
f- Là tần số của s.đ.đ được hình thành : [1-24]

Nếu viết dưới dạng hiệu dụng thì :
E = 4,44*K*f* þ*w
Vì trục các cuộn dây 3 pha đặt lệch nhau 120 trong không gian, nên hệ thống sức
điện động 3 pha được viết lại như sau:
e
A
(t) = E
max
sinωt (V)
e

B
(t) = E
max
sin(ωt -120
0
) (V)
e
C
(t) = E
max
sin(ωt - 240
0
) (V)
Các sức điện động này có thể ghép nối Y (hình 4.3c) hoặc ∆ (hình 4.3d), Thông
thường thực tế máy phát điện tàu thủy chỉ nối Y

y

a

z

b

x

c

+

-

U
k

I
k

I
k

-

+

x

e
a

n

N

S

c

e
c

z

y

e
b

(b)

a

(a)

e
a

a

n

a

b

b

c

c

e
b

e
c

c

e
b

b

b

c

a

a

e
c

e
a

(c)
(d)

Hình 4.3. a) Máy phát đồng bộ ba pha hai cực đơn giản;
b) Biểu diễn đơn giản máy phát đồng bộ; c) đấu Y; d) đấu ∆.
4.2. Các đặc tính của máy phát đồng bộ :
Khi nghiên cứu máy điện xoay chiều có các đặc tính sau:
1. Đặc tính không tải U
o
= E = f (I
kt
) Khi I
t
= 0, f = cont.
2. Đặc tính ngắn mạch I
ng
= f (I
kt
) Khi U = 0, f = cont.
3. Đặc tính ngoài U = f (I
t
) Khi I
kt
= cont, f = cont. cos
ϕ
= cont
4. Đặc tính tải U = f (I
kt
) Khi I
t
= cont, f= cont. cos
ϕ
= cont

5. Đặc tính điều chỉnh I
kt
= f (I
t
) Khi U = cont, f= cont. cos
ϕ
= cont
Đặc tính không tải U
o
= E = f (I
Kichtu
) Khi I
tai
= 0, f = cont.
E/m

0 1 2 3 It/ Itđm

Đặc tính ngắn mạch I
ng
= f (I
kt
) Khi U = 0, f = cont.
Ing
Phần ứng cuộn dây được nối tắt ngay đầu máy

I
ng
I
ng

= f (I
kt
)

0 I
kt
Đặc tính ngoài U = f (I
tai
) Khi I
kt
= cont, f = cont. cos
ϕ
= cont

U
Tải điện dung
Tải điện cảm
I
Đặc tính tải U = f (I
kt
) Khi I
u
= cont, f = cont. cos
ϕ
= cont.

U
Itai = 0 ( E
0
)

Itai = Iđm

0 I
kt
Đặc tính điều chỉnh I
kt
= f (I
t
) Khi U = cont, f = cont. cos
ϕ
= cont

I
kt
Tải cảm
Tải trở
Tải dung
I
t
§5 n đònh điện áp cho các máy phát điện đồng bộ.
5.1. Khái niệm chung:
Tất cả các thiết bò điện đều được chế tạo để công tác với một điện áp đònh mức
nhất đònh. Do đó để phát huy hết tác dụng, độ tin cậy, tuổi thọ của thiết bò thì phải
đảm bảo thiết bò đó phải được làm việc với điện áp đònh mức của nó.
Mọi nguyên nhân gây ra sai lệch về điện áp quá giới hạn cho phép đều gây ra
những thiệt hại, hư hỏng, làm giảm tuổi thọ của thiết bò và có thể gây thiệt hại lớn cho
cả hệ thống và gây nguy hiểm cho con người. Có rất nhiều nguyên nhân gây ra sự dao
động điện áp như tốc độ động cơ lai, tính chất tải thay đổi, mức tải thay đổi, nhiệt độ…
Vậy để hạn chế thiệt hại do sự dao động điện áp thì cần phải trang bò hệ thống tự
động ổn đònh điện áp cho các máy phát đồng bộ ba pha.

5.2. Những quy của đăng kiểm về ổn đònh điện áp cho máy phát:
Các cơ quan đăng kiểm đều có các yêu cầu đối với các thiết bò tự động ổn
đònh điện áp và tần số máy phát điện
a- Mỗi tổ máy phát điện đều phải trang bò một bộ tự động điều chỉnh điện áp
riêng để:Khi thay đổi tải tónh tư 0-Iđm, với giá trò cosϕ
đm
và tốc độ quay nằm trong
giới hạn sai số 5%, điện áp máy phát không được thay đổi quá ± 2,5% và khi cosϕ =
0,6 –0,9 thì độ sút áp không quá  2,5%
b- Các bộ tự động điều chỉnh điện áp phải có khả năng cường kích kích từ để :
Khi thay đổi tải đột ngột đóng 50% tải, ngắt đột ngột 100% tải với giá trò cosϕ = 0,6 –
0,9 thì điện áp máy phát không dao động quá +15% và giảm quá –20%, trong thời
gián 1,5 giây điện áp máy phát phải về ổn đònh với độ chính xác  2,5% , với cosϕ
= 0,3 –0,4, độ chính xác là  2,5% . Các bộ điều chỉnh điện áp phải có thiết bò đảm
bảo sự phân chia tải phản tác dụng giữa các máy khi làm việc song song không chênh
lệch quá ± 10%
c- Mỗi tổ máy phát điện đều phải trang bò một bộ tự động điều chỉnh tần số riêng
d- Khi thay đổi tải tónh tư 0-Pđm, giá tốc độ quay thay đổi nằm trong giới hạn sai
số 5%,
- Khi chò tải đột ngốt 50% và ngắt tải đột ngột 100%, tốc độ động cơ không được
giảm quá 15% và sau 5 giây phải về ổn đònh trong phạm vi cho phép sai số so với ±
5%
- Các bộ điều chỉnh tần số và động cơ sơ cấp phải đảm bảo sự phân chia tải tác
dụng giữa các máy phát khi làm việc song song với độ chênh lệch không chênh lệch
quá ± 10%

Do vậy trên tầu cần thiết phải có bộ tự động điều chỉnh điện áp.
Với bộ tự động điều chỉnh điện áp có quy đònh:
- Dòng ngắn mạch ổn đònh chỉ bằng 3Iđm (≤ ).
- Có thể chòu quá tải I= 1.5.Iđm trong vòng 2 phút.

- Khi công tác song song phân phối tải vô công và hữu công không quá
10 %.

Thay đổi tải đột ngột
U
U
Chưa điều chỉnh
Có AVR
t [s]
t [s]
5.3. Các nguyên nhân gây dao động điện áp máy phát ;
* Do dòng tải thay đổi ( khi thay đổi tải).
* Do tính chất tải thay đổi( đối máy fát điện xoay chiều)
Khi dòng tải thay đổi, điện áp cũng thay đổi theo, do đó phải thay đổi dòng kích từ
để giữ điện áp không đổi. Đối máy fát xoay chiều, với cùng dòng tải, tính chất tải
thay đổi cũng làm điện áp thay đổi( đối tải thuần dung khi tăng tải đến lúc nào đó thì
điện áp cũng giảm).
* Do nhiệt độ trong cuộn dây máy fát thay đổi: Khi nhiệt độ của cuộn dây thay đổi
làm cho điện trở của cuộn dây thay đổi, dẫn tới sụt áp trên cuộn dây cũng thay
đổi( cuộn dây phần ứng và cuộn dây kích từ) , dẫn tới điện áp máy phát cũng thay
đổi.
* Do tốc độ động cơ lai thay đổi: khi tốc độ động cơ lai thay dổi làm suất điện động
của phần ứng thay đổi, do đó điện áp ra cũng bò thay đổi
( E = U + . I.X = C
e
. Φ. n ).

* Do phân phối tải giữa các máy phát làm việc song song không đều
Khi các máy phát điện làm việc song song trên cùng một mạng, nếu xảy ra trường hợp
tải phân bố không đều giữa các máy phát sẽ dẫn tới dòng cân bằng giữa hai máy, dòng

điện này có tính chất cảm kháng , nên mang tính khử từ và làm giảm từ trường chính
của các máy phát điện làm điện áp mạng giảm xuống.
* Do các bộ tự động điều chỉnh làm việc không ổn đònh
Khi bộ điều chỉnh điện áp hoặc bộ điều chỉnh tần số làm việc không ổn đònh sẽ xảy
ra hiện tượng điện áp dao động
* Do ngắn mạch ở các vò trí khác nhau trong mạng điện
Dòng điện ngắn mạch sẽ gây sụt áp trên mạng, giá trò độ giảm điện áp phụ thuộc vò
trí của điểm ngắn mạch
Ngoài các yếu tố cơ bản trên đây, cũng còn một số nguyên nhân phụ khác gây nên
sự thay đổi điện áp: Tính chất mạch từ thay đổi, điện trở tiếp xúc tăng lên, hư hỏng
trong máy phát hoặc bộ điều chỉnh…
§6 KÍCH TỪ CHO MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ.
6.1 Thế nào là kích từ máy phát
Hai thành phần cơ bản tạo ra sức điện động trong một máy phát là tốc độ quay và
từ trường. Các cuộn dây kích từ trên rotor tạo nên các cực từ mạnh khi dòng điện một
chiều đi qua chúng.
Khi rotor của máy phát quay, từ dư trong lõi thép rotor quét lên các thanh dẫn
stator, trong các cuộn dây stator xuất hiện các sức điện động cảm ứng. Nếu sức điện
động này được chỉnh lưu đưa trở lại cuộn kích từ (rotor) máy phát thì từ trường trong
rotor sẽ tăng lên, và sức điện động stator cũng vì đó mà tăng lên, … quá trình này lặp
đi lặp lại cho đến khi điện áp trên các cuộn dây stator đạt giá trò đònh mức. Quá trình
này được gọi là quá trình tự kích. Quá trình tự kích là quá trình kích từ xảy ra chủ yếu
trên các máy phát tàu thủy.
Có các phương pháp khác nhau để cung cấp trực tiếp dòng kích từ một chiều cần
thiết để tạo ra điện áp yêu cầu của máy phát. Kích từ phải được điều khiển liên tục
để duy trì điện áp ra máy phát khi tải thay đổi.
6.2 Các phương pháp kích từ
a/ Máy phát kích từ gián tiếp (thông qua máy phát kích từ)
Phương pháp sử dụng máy phát kích từ một chiều. Phương pháp này sử dụng một
máy phát kích từ một chiều nối đồng trục với máy phát chính.

Hình 6.1 Kích từ bằng máy phát kích từ một chiều
Điện áp ra của máy kích từ được cấp vào cuộn dây rotor máy phát chính qua vành
trượt và chổi than.
Máy phát không chổi than: phương pháp này tăng độ tin cậy và giảm đáng kể công
tác bảo dưỡng máy phát. Việc chỉnh lưu điện áp kích từ xoay chiều được thực hiện
nhờ các diod gắn cố đònh trên trục máy. Phần tử varistor Vr nối song song với cuộn
dây kích từ của máy phát chính có chức năng bảo vệ các diod quá điện áp ngược khi
có sự thay đổi đột ngột của dòng kích từ. Khi xuất hiện điện áp ngược lớn, Vr bò đánh
thủng bảo vệ cho các diod không bò quá áp.
Hình 6.2 Máy phát không chổi than
b/ Máy phát kích từ trực tiếp
Đáp ứng điện áp của máy phát có thể được cải thiện bằng cách sử dụng phương
pháp kích từ không có máy phát kích từ. Trong phương pháp này, kích từ máy phát
được lấy từ dòng điện của máy phát qua một biến áp và bộ chỉnh lưu. Thiết bò kích từ
này có thể đặt trong vỏ bảo vệ máy phát hoặc đặt trong bảng điện chính. Loại máy
phát này có 2 vành trượt và chổi than để nối thiết bò kích từ đến cuộn dây kích từ.
Thời gian đáp ứng giảm còn 0.1 giây để hiệu chỉnh 15% điện áp.
Trên các tàu hàng thì đáp ứng điện áp nhanh rất cần thiết do có các phụ tải công
suất lớn và khởi động thường xuyên như cần cẩu, tời hàng.
Sơ đồ cơ bản của máy phát này được vẽ trên hình 6.3 (vẽ đơn giản cho một
pha).

Stator
Rotor
Máy phát
chính
Cầu
chỉnh lưu
Sơ cấp 2
Sơ cấp 1

Thứ cấp
Thanh
cái
U
Biến áp
kích từ
Hình 6.3 Máy phát kích từ trực tiếp
Bộ tự động điều chỉnh điện áp được vẽ ở hình 6.3 được gọi là loại phức hợp, vì
dòng kích từ được cấp từ 2 nguồn dòng và áp.
Khi không tải, kích từ máy phát được cấp qua cuộn áp sơ cấp 1 của biếp áp kích
từ. Khi có tải, dòng máy phát cấp qua cuộn dòng sơ cấp 2 của biếp áp để duy trì điện
áp không đổi. Nếu các phần tử của bộ kích từ này được thiết kế cẩn thận thì điện áp
của máy phát phức hợp có thể được duy trì tốt khi đầy tải mà không cần sử dụng bộ
tự động điều chỉnh điện áp AVR hoặc chỉnh tay. Tuy nhiên các nhà sản xuất máy
phát luôn chế tạo kèm theo bộ AVR và một chiết áp chỉnh tay. Điều này cho phép
việc điều chỉnh điện áp máy phát tốt hơn trên toàn bộ sự thay đổi của tải và đặc biệt
trong các tình huống có thao tác vận hành khác (ví dụ khi hòa các máy phát).
Một sơ đồ kích từ thực tế có thêm các phần tử như các cuộn cảm và các tụ điện
được minh họa ở hình 6.4. Mạch này không có AVR và chiết áp chỉnh tay. Một sự
thay đổi của dòng tải sẽ tự động thay đổi dòng kích từ để điện áp máy phát được duy
trì ở giá trò đònh mức.

Thanh cái
.
CB
Sơ cấp 2
Biến áp kích từ
Cuộn kháng
Tụ cộng
hưởng

Sơ cấp 1
Cầu chỉnh lưu
Hình 6.4 Mạch kích từ máy phát được sử dụng trong thực tế
§7 CÁC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CHO MÁY PHÁT
ĐỒNG BỘ
Dựa vào các nguyên nhân gây ra dao động điện áp của máy phát người ta xây
dựng bộ tự động điều chỉnh điện áp theo những nguyên tắc cơ bản sau :
1. Nguyên tắc điều chỉnh theo nhiễu loạn.
2. Nguyên tắc điều chỉnh theo độ lệch.
3. Nguyên tắc điều chỉnh theo nguyên lí kết hợp.
7.1. Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc nhiễu loạn :
Các nhiễu thường làm thay đổi điện áp máy phát là dòng sự thay đổi dòng tải hay
tính chất tải của máy phát. Và theo nguyên tắc này thì có những hệ thống tự động
điều chỉnh điện áp sau :
a. Hệ thống phức hợp dòng :
Dòng điện kích từ cho máy phát điện được hình thành từ hai thành phần : thành
phần tỷ lệ với dòng điện tải và thành phần tỷ lệ với điện áp trên cực máy phát
điện đã được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều trước khi cộng với nhau (tổng đại
số)
Ikt =K(Iu+Ii)
Iu - thành phần dòng do điện áp tạo nên có tác dụng tạo nguồn kích từ để có điện
áp không tải
Ii - thành phần dòng điện do dòng tải tạo tra là thành phần bù lại sự sụt áp khi tải
ngoài thay đổi làm dòng điện trong máy phát tăng lên .
Với kết cầu như vậy thì khi tính chất của tải thay đổi (cos = var) thì giá trò dòng
kích từ không phản ánh được sự thay đổi đó nên dù có điện áp thay đổi thì hệ thống
cũng không phản ứng được. Sơ đồ khối hệ thống phức hợp dòng như hình 7.1:
Do phụ tải tầu thuỷ không những thay đổi liên tực về giá trò, mà còn thay đổi cả
tính chất tải nên hệ thống phức hợp dòng không đáp ứng được tự động ổn đònh điện
áp với nhiễu cơ bản.

Nhược điểm như vậy nên hệ thống phức hợp dòng ít được xử dụng riêng rẽ cho
các máy phát, mà muốn sử dụng người ta phải thực hiện kết hợp với nguyên tắc điều
chỉnh theo độ lệch.
U- điện áp của máy phát
BA- Biến áp 440V/…V
Bd – Biến dòng I/…A
Ii – Thành phần xoay chiều dòng
Iu – Thành phần điện áp xoay chiều
Ikt – Dòng điện kích từ một chiều
CL1. Chỉnh lưu thành phần dòng điện
Cl2. Chỉnh lưu thành phần điện áp
Kt- cuộn dây kích từ

Từ sơ đồ ta có
I
kt
= I
i

dc
+ I
u dc

Hình 7.1 Sơ đồ nguyên lí hệ thống phức hợp dòng.
b. Hệ thống phức hợp pha :
Hệ thống phức hợp pha là hệ thống mà tín hiệu phản hồi dòng điện và tín hiệu
điện áp phản hồi được cộng lại ở phía xoay chiều và sau đó đưa đến chỉnh lưu và đưa
đến kích từ. Có hai loại là phức hợp pha song song và phức hợp pha nối tiếp.
- Phức hợp pha nối tiếp có thành phần dòng điện và điện áp được cộng nối tiếp
với nhau trước khi đưa qua chỉnh lưu để cung cấp dòng kích từ cho máy phát.

- Phức hợp pha song song có thành phần dòng điện và điện áp được cộng song
song với nhau trước khi đưa qua chỉnh lưu để cung cấp dòng kích từ cho máy phát.
Hình 7.2 Sơ đồ nguyên lí hệ thống phức hợp pha.


a. Phức hợp pha song song b. Phức hợp pha nối tiếp.
Hình 7.3. Giản đồ vector của hệ thống phức hợp pha
a. Khi dòng tải thay đổi b. Khi tính chất tải thay đổi.
Ưu điểm : hệ thống có cấu trúc đơn giản, tuổi thọ cao, độ bền và độ tin cậy cao.
Có khả năng cường kích lớn và tính ổn đònh tốt hơn nên nó phù hợp cho tàu thủy.
Nhược điểm : độ chính xác thấp, hệ thống thường có cấu tạo cồng kềnh và khả
năng tự kích ban đầu chưa cao.
7.2. Hệ thống tự động ổn đònh điện áp theo độ lệch :
Hình 7.4 Sơ đồ nguyên lí của tự động điều chỉnh điện áp theo độ lệch.
Nguyên lí làm việc :
Đại lượng điện áp U của máy phát điện được gọi là đại lượng được điều chỉnh ,
đại lượng này bò thay đổi khi có những tác động bên ngoài N vào máy phát điện,
ví dụ thay đổi tải, thay đổi điện trở, phân phối không đều vv…
Giá trò của Uo – đại lượng cho trước là giá trò mong muốn của điện áp cần đạt
được thường là các chiết áp trên đó có thang chia và kim chỉ thò khi ta muốn đặc giá
trò điện áp ban dầu cho máy phát
Điện áp máy phát qua bộ đo điện áp (là phản hồi chính của điều khiển) chuyển
thành giá trò Uf = k.U được đưa về so sánh với giá trò Uo
∆U = U -U
0
Ưu điểm : hệ thống có cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ, độ chính xác cao, dễ
dàng cho việc tự kích ban đầu.
Nhược điểm : hệ thống rất kém ổn đònh.
7.3. Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lí kết hợp :
Để khắc phục khuyết điểm và tận dụng nhưng ưu điểm của các nguyên lý điều

chỉnh trên ta xây dựng hệ thống nguyên lý kết hợp vừa theo độ lệch vừa theo nhiễu.
hệ thống điều khiển theo nguyên lý kết hợp thì phần phức hợp đóng vai trò
chính ( Điều khiển theo nhiễu ) còn độ lệch đóng vai trò nâng cao độ chính xác.
F
SS
F
KĐ