CƠ sở lý THUYẾT về điều CHỈNH điện áp CHO các máy PHÁT điện trên tàu 22500t

BÀI TẬP LỚN
PHẦN MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN VỀ TÀU 22500t
Tàu 22500T là tàu có trọng tải lớn được đóng mới tại nhà máy đóng tàu
Bạch Đằng. Hiện nay nhà máy đã đóng và bàn giao được 3 con tàu cùng serial
như tàu Golden Falcol..., tàu được thiết kế với các hệ thống và trang thiết bị
hiện đại, thuận tiện, dễ dàng đối với người vận hành.
1. Kích thước chính của tàu:
Chiều dài toàn tàu (Max)

: 190m

Chiều dài giữa 2 đường vuông góc

: 183.25m

Chiều rộng thiết kế

: 32.26m

Chiều cao mạn đến boong chính

: 10.90 m

Mớn nước mô hình

: 12.6m

Chiều cao boongchinhs (tại đường tâm)
- Từ boong chính - boong dân lái 5

: 3.00 m

- Từ boong dâng lái chính - boong dâng lái 5, mỗi boong

: 2.80 m

- Từ boong dân lái 5 - đỉnh cabin (buồng lái)

: 3.00 m

- Các boong ở

: 2.60 m

Độ cong ngang tại boong chính từ mạn tới 56m trên đường
chuẩn

: 0.6 m

Trên các boong khác không có độ cong ngang và dọc boong
2. Tải trọng và mớn nước:
Toàn bộ thông số tải trọng dưới đây được đo bằng đơn vị tấn (theo hệ
mét) trong nước biển với trọng lượng riêng là 1.025 t/m3.
Mớn nước mẫu thử, lí thuyết

: 12.6 m

Tải trọng tương ứng

: 22500 tấn

Mớn nước hàng nhẹ

: 10.9 m

Tải trọng tương ứng

: 44000 tấn

3. Dung tích: Các khoang hàng (tính cả miệng khoang)
Hầm hàng số 1

12 m3

Hầm hàng số 2

13 m3

1

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
Hầm hàng số 3

13 m3

Hầm hàng số 4

13 m3

Hầm hàng số 5

13m3

Tổng dung tích sơ bộ được giao cho chủ tàu tại giai đoạn thiết kế ban
đầu.
4. Tốc độ và công suất.
Tốc độ khai thác theo mớn nước mẫu thử 12.6m ở trạng thái ki bằng, có
tính đến 15% dung sai khai thác (Trạng thái dự phòng) 14.0 hải lý.
Tốc độ khai thác theo mớn nước chở hàng nhẹ 10.9m ở trạng thái ki
bằng, có tính đến 15% dung sai khai thác (Trạng thái dự phòng) 14.2 hải lý.
Công suất máy tương ứng tại 82% MCR - vòng tua tối đa liên tục và tốc
độ chân vịt 118 vòng/ phút ≈ 7780 KW.
5. Tiêu hao nhiên liệu và tầm hoạt động
Lượng dầu nặng F.O tiêu hao hàng ngày trên máy chính tại 82% vòng
quay tối đa liên tục, công suất 7780 KW và chân vịt đạt 118 vòng/ phút ≈ 31.2
tấn.
Lượng tiêu hao dầu nặng FO được tính dự trên các điều kiện ISO.
Tiêu hao nhiên liệu hàng ngày của máy móc phụ ≈ 2.4 tấn.
Tổng lượng HFO tiêu hao hàng ngày ≈ 33.6 tấn.
Lượng tiêu hao được tính dựa trên điều kiện chạy dầu HFO, độ nhớt 380
CST tại 500C và giá trị hâm 42.700 kJ/kg, mớn nước mẫu thử và 15% dung sai
khai thác.
Thông số trên được xác nhận sau khi thử két mô hình.
Tầm hoạt động ≈ 18,000 N dặm.
Dựa trên điều kiện 82% MCR (vòng tua tối đa liên tục) 199 % dung tích
các két HFO mớn nước mẫu thử, tốc độ 14 hải lý và 2 ngày dự trữ.
Tương đương ≈ 55 ngày chạy HFO, mỗi ngày 366 dặm (hải lý).

2

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
6. Bố trí thuyền viên:
Cấp
Cấp thuyền
trưởng

Boong

Máy

Thuyền trưởng

Máy trưởng

1 - Đại phó

1 - Máy I
1 - Máy II
1 - Máy III
1 - Điện trưởng
5

Sĩ
quan

1 - Phó 2
1 - Phó 3
Tổng

4
1 - Thủy thủ
trưởng
3 - Thủy thủ

Tổng số

7

3 NV tra đầu
1 NV vệ sinh
5

Khác

Tổng
2

2
6
0

9

1 Đầu bếp

3

2 phụ bếp
3

15

7. Trạm phát chính:
Gồm có 2 máy phát chính:
Công suất biểu kiến:

600 KVA

Điện áp:

450 V

Dòng điện:

700 A

Số pha:

3

Tần số:

60 Hz

Cos ϕ:

0.8

8. Trạm phát sự cố:
Công suất biểu kiến:

80 KVA

Điện áp:

450 V

Dòng điện:

102.6 A

Số pha:

3

Tần số:

60 Hz

Cos ϕ:

0.8

PHẦN II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CHO CÁC
MÁY PHÁT ĐIỆN

3.1. Khái niệm chung.
3

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
3.1.1. Tại sao cần phải ổn định điện áp cho các máy phát điện.
Tất cả những thiết bị điện là phụ tải cảu máy phát điện , các khí cụ, các trang
thiết bị điện trong các hệ thống năng lượng điện nói chung đều được chế tạo
đm

để công tác với một điện áp nhất định ta gọi đó là điện áp định mức (U ). Từ
góc độ kinh tế, kỹ thuật, chất lượng khai thác … Khi công tác với điện áp ổn
định bằng điện áp định mức, các trang thiết bị sẽ công tác ở trạng thái tốt nhất,
tin cậy nhất và có tuổi thọ dài nhất , đem lại hiệu quả kinh tế nhất . Chính vì
vậy, mọi sự sai lệch (tăng lên hoặc nhỏ đi ) quá giới hạn cho phép của điện
áp đều gây ra sự cộng tác không ổn định, không tin cậy của các thiết bị . Ví dụ
: Đối với động cơ điện sẽ ảnh hưởng đến tốc độ , mômen … từ đó ảnh hưởng
tới tuổi thọ , chất lượng công tác và hiệu quả của công việc . Các khí cụ điện
khi công tác ở điện áp cao hơn định mức dễ bị cháy vì quá áp, còn khi công
tác ở điện áp nhỏ hơn định mức sẽ hút không ổn định . Các thiệt bị chiếu sáng
khi phải công tác ở điện áp U> U
công tác ở điện áp U< U

đm

đm

sẽ dễ bị cháy , tuổi thọ ngắn , còn khi phải

thì ánh sáng tối đi nhiều…

Do vậy , vấn đề ổn định điện áp cho máy phát là vấn đề rất quan trọng và
không thể thiếu được trong các trạm phát điện. Đặc biệt là trong các trạm phát
điện tàu thủy.
3.1.2. Các quy định của đăng kiểm về ổn định điện áp cho các máy phát
điện tàu thủy .
Xuất phát từ tầm quan trọng của vấn đề ổn định điện áp, nên Đăng kiểm các
nước có quy định rất chặt chẽ và cụ thể cho các hệ thống tự động điều chỉnh
điện áp Theo quy định của đăng kiểm Việt Nam.
a. Ở chế độ tĩnh.

4

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
Các máy phát có khả năg ổn định được điện áp trong khoảng (±3%)U

đm

đm

(ΔU≤±3% U ) đối với các máy phát có công tác song song. Đối với các máy
đm

phát công tác độc lập là (ΔU≤±4% U ). Khi máy phát nhận và cắt tải từ 0 đến
đm

đm

P ; cosφ=cosφ . Nếu hệ số cosφ thay đổi từ 0,6 ÷0,9 thì dao động điện áp
nằm trong khoảng ±3,5U

đm

.

Thời gian quá độ của trạng thái nhận tải tĩnh t

qd

=1,5s.
b. Ở chế độ động.
Khi nhận hoặc cắt tải đột ngột 3 pha đối xứng tới 60%P

đm

với tần số định mức

với cosφ >0,4 thì yêu cầu điện áp không được sụt áp quá 15% (tức là
ΔU≤15%) và khi nhận tải không được vượt quá 20% tức (ΔU≥20%) khi cắt
bớt tới 60% tải.
Khôi phục điện áp sau 1,5s với sai số ±3%( với máy phát đồng bộ công tác
song song) và sau 5s với sai số ΔU≤4% (với máy phát sự cố công tác độc
lập) . Trong điều kiện tần số của máy phát thay đổi trong phạm vi ±10% với t
qd

=5s.

5

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
Hình 3.1
*. Các yêu cầu khác .
- Hệ thống nhiên liệu đủ để cung cấp cho các máy phát công tác liên tục.
- Hoạt động tin cậy, chắc chắn, ít hỏng hóc.
- Dễ dàng trong quá trình vận hành, khai thác đơn giản và thuận tiện cho việc
sửa chữa nhỏ.
- Giá thành hạ.
3.1.3. Các nguyên nhân gây ra dao động điện áp .
t

a. Do dòng tải của máy phát thay đổi (I ).
t

- Khi dòng tải của máy phát thay đổi (cosφ=const và n=const), I =var thì sẽ
xảy ra hai trường hợp:
+ Làm cho phản ứng phần ứng của máy phát thay đổi gây ra sự thay đổi từ
thông trong các cuộn dây phần ứng làm thay đổi điện áp của máy.
+ Giáng áp trên điện trở nội của mấy phát thay đổi.
Fa↑↓

φth↓

EF ↓

It ↑↓

UF↓↑
∆U↑↓

It:

Dòng tải máy phát .

∆U:

Điện áp rơi trên tổng trở cuộn dây phần ứng .

Fa:

Sức từ động phản ứng phần ứng .

φth:

Từ thông tổng hợp trong máy phát .

EF :

Sức điện động cảm ứng trong cuộn dây phần ứng .

UF :

Điện áp trên trụ đấu dây ra của máy phát .

b. Do tính chất của tải thay đổi ( cosφ).
Nếu I=const, n=const thì khi cosφ=var sẽ làm thay đổi độ khử từ của máy phát
và đẫn đến làm thay đổi điện áp của máy phát.
6

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
Khi đó:

cosϕ ↑↓ → Fa ↓↑ → φ↑↓ → EF ↑↓→UF↑↓ .

Fa tăng hoặc giảm phụ thuộc vào mức độ khử từ hay trợ từ của phản ứng phần
ứng. Fa ở đây là mức độ khử từ không gọi là sức từ động nữa.
c. Khi tốc độ quay thay đổi.
F

Nếu cosφ=const, I =const, n=var thì lúc này sẽ làm cho sức điện động (E)
sinh ra trong cuộn dây stator của máy phát bị thay đổi dẫn đến sự thay đổi điện
áp ra của máy phát.
n ↑↓ → EF ↑↓ → UF↑↓ .
qd

E=4,44.K .Φ.W.f

mà n=60f/P

d. Do sự thay đổi nhiệt độ của môi trường.

0

Khi t =var làm cho điện trở trong các cuộn dây của máy phát thay đổi, từ đó
f

làm cho U =var.
Rư↑↓

∆U ↑↓

t0↑↓

UF ↓↑
RKT↑↓

I KT↓↑

Trong đó :
t0 : Nhiệt cuộn dây .
Rư : Điện trở thuần của cuộn dây phần ứng .
Rkt: Điện trở thuần của cuộn dây kích từ .
I kt: Dòng điện kích từ .
*. Ngoài ra còn một số nguyên nhân phụ cũng gây ra sự dao động điện áp của
máy phát như: điện trở tiếp xúc của chổi than và vành trượt, cách điện của hệ
thống thấp.
Xuất phát từ thực tế công tác của máy phát đồng bộ trong trạm phát điện luôn
luôn bị tác động bởi các yếu tố như sự thay đổi dòng tải, sự thay đổi tính chất
7

Trang:..........

BÀI TẬP LỚN
của tải, sự thay đổi nhiệt độ và tốc độ quay không ổn định … Các yếu tố trên
tác động làm cho điện áp của máy phát cấp cho các phụ tải không ổn định. Vì
vậy bất cứ máy phát đồng bộ nào cũng đều được trang bị hệ thống tự động
điều chỉnh điện áp, các hệ thống tự động điều chỉnh điện áp được chế tạo rất
phong phú và đa dạng. Tuy nhiên nếu dựa trên cơ sở tự động điều chỉnh thì
các hệ thống tự động điều chỉnh điện áp đều được xây dựng dựa trên 3 nguyên
tắc đó là điều chỉnh theo nhiễu loạn, điều chỉnh theo độ lệch và điều chỉnh kết
hợp .
3.1.4. Các điều kiện tự kích
du

đm

- Máy phát phải có từu dư đủ lớn : E =(2÷5)%U .
- Chiều kích từ trùng với chiều từ dư :
f

- Có tốc độ quay đạt định mức : n =n

đm

n

đm

, Δ ≤5%n .
kt

th

- Tổng trở trong mạch kích từ nhỏ hơn điện trở tới hạn: R 3.2. Các nguyên lý xây dựng bộ điều chỉnh điện áp.
Các hệ thống TĐĐCĐA được chế tạo rất đa dạng và phong phú , tuy nhiên
nếu dựa trên cơ sở tự động điều chỉnh thì các hệ thống TĐĐCĐA đều được
xây dựng dựa trên 3 nguyên tắc đó là :
3.2.1.Hệ thống điều chỉnh điện áp theo nhiễu loạn .
3.2.1.1. Hệ thống phức hợp dòng (Bù dòng).
- Định nghĩa : Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý phức hợp
dòng là hệ thống có hai tín hiệu : tín hiệu dòng và tín hiệu áp , hai tín hiệu này
được cộng lại với nhau ở phía một chiều ( sau chỉnh lưu ).
- Với cấu trúc như vậy hệ thống chỉ có thể cảm biến được với sự thay đổi của
độ lớn dòng tải. Hệ thống phức hợp dòng chỉ có khả năng giữ được điện áp
của máy phát do một nguyên nhân là khi cường dộ dòng tải thay đổi. Chính vì
vậy mà nó ít được sử dụng trong thực tế trên tàu thủy cũng như trên bờ.
8

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN

Hình 3.2. Hệ thống phức hợp dòng.
3.2.1.2. Hệ thống phức hợp pha .
- Định nghĩa : Hệ thống phức hợp pha là hệ thống tự động điều chỉnh điện áp
t

có thể ổn định được điện áp với hai nhiễu chính đó là dòng tải (I ) và tính chất

f

tải (cosφ). Hệ thống phức hợp pha gồm 2 tín hiều chính là tín hiệu áp U và
t

tín hiệu dòng I , hai tín hiệu này được cộng với nhau về pha.
Hệ thống phức hợp pha có thể chia làm hai loại:
a. Hệ thống phức hợp pha song song .
- Là hệ thống phức hợp pha mà tín hiệu dòng và tín hiệu áp song song cấp cho
cuộn kích từ ( tín hiệu dòng và tín hiệu áp được cộng dòng với nhau).

9

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN

Hình 3.3. Sơ đồ tương đương và sơ đồ nguyên lý của phức hợp pha song
song.
Trong đó:
t

t

- I =V .I : Dòng tải máy phát.
t

- V : Hệ số truyền đạt của biến dòng .
- U : Điện áp của máy phát.

-I

CC

: Dòng đi qua cuộn cảm của máy phát, nó là tín hiệu áp nhưng

được chuyển đổi thành tín hiệu dòng.
-I

KT

: Dòng kích từ.

Z

- R : Điện trở tương đương cuộn kích từ.
Từ sơ đồ tương đương trên ta có:

ab

U =


1   1
1 
Vt .I + U .
 : 

+
jX

jX
R
CC  
CC
Z 


10

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
1
jX CC
1 
.RZ
+
RZ 

Vt .I + U .

=> I

I

KT

KT

=

=

 1

 jX CC

jX CC
U
+ Vt I .
RZ + jX CC
RZ + jX CC

(1)

b. Hệ thống phức hợp pha nối tiếp.
- Là hệ thống phức hợp pha có tín hiệu dòng và tín hiệu áp cộng áp nối tiếp
với nhau cấp cho cuộn kích từ ( cộng áp).

Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý và sơ dồ tương đương của phức hợp pha nối tiếp
Từ sơ đồ tương đương trên ta có:
1
RZ
=
1
1
+
RZ
jX t

Vt .I − U .

U ab

11

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
1
RZ
+U
1
1
+
RZ
jX t
=
RZ
Vt .I − U .

I KT

.=>
I KT =

jX t
U
+ Vt .I .

RZ + jX t
RZ + jX t

(2)

Trong đó:
t

- V : Hệ số của biến dòng .
-

I t = Vt . I

I KT

: Dòng điện chạy trên cuộn sơ cấp của biến dòng.

:Dòng điện kích từ.

X t ( X CC )

RZ

t

: Trở kháng của cuộn cảm CC và cuộn kháng X .

: Điện trở mạch kích từ.

Từ hai biểu thức (1) và (2) của hệ thống phức hợp pha song song và phức hợp

pha nối tiếp ta thấy chức năng của cuộn cảm X

CC

trong sơ đồ Hình 3.3 được

thay thế bằng trở kháng Xt trong sơ đồ Hình 3.4 là không thể thiếu được nó
u

tạo ra tín hiệu I lệch pha so với U

f

0

một góc 90 . Từ hai biểu thức trên ta

thấy hệ thống phức hợp pha nối tiếp và song song có khả năng giữ điện áp ổn
định điện áp cho máy phát khi độ lớn dòng tải và tính chất của tải thay đổi.
Đây là 2 nguyên nhân chính gây ra dao động điện áp cho các máy phát điện
trên tàu thủy cũng như các máy phát ở trên bờ.
* Sơ đồ vecto .
t

- Khi dòng tải thay đổi : I =var, cosφ=const

→

I

KT

=var

12

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN

Từ đồ thị vecto ta chứng minh được rằng khi có cosφ=const (φ=const). Nếu I
1

2

thay đổi từ I ÷I thì dòng kích từ thay đổi từ I

KT 1

÷I

KT 2

t

làm cho điện áp máy

phát thay đổi và cứ như vậy điều chỉnh điện áp máy phát đến định mức.
t

- Khi tính chất tải thay đổi : cosφ=var; I =const

→

I

KT

=var.

Từ đồ thì vecto trên ta cũng chứng minh được rằng khi dòng tải không thay
1

2

đổi nếu cosφ thay đổi (φ tăng từ φ ÷φ ) thì dòng kích từ cũng thay đổi tăng từ
13

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
I

KT 1

÷I

KT 2

làm điện áp máy phát tăng lên, cứ như vậy điều chỉnh điện áp của

máy phát đến giá trị định mức.
* Ưu điểm của hệ thống phức hợp pha.
- Hệ thống có nguyên lý đơn giản , tuổi thọ cao.
- Hệ thống hoạt động tin cậy , ít hỏng hóc.
- Có khả năng ổn định được điện áp máy phát với 2 nguyên nhân chính là khi
độ lớn dòng tải và tính chất tải thay đổi và có tính ổn định rất tốt.
- Thời gian cường kích nhanh ( vì nó điều chỉnh ngay từ nguyên nhân gây ra
dao động điện áp).
* Nhược điểm của hệ thống phức hợp pha.
- Độ chính xác không được cao.
- Hệ thống thường có cấu tạo cồng kềnh, kích thước và trọng lượng lớn.
- Khả năng tự kích ban đầu không cao do có nhiều cuộn dây.
Trong thực tế đã sử dụng những biện pháp cải thiện tự kích ban đầu như sau:
- Giảm tính phi tuyến của mạch từ .
- Thay đổi đặc tính mạch kích từ trong giới hạn tự kích .
- Gia tăng từ dư ban đầu .
- Cấp nguồn điện áp khác thêm cho mạch kích từ .
- Làm tăng phản hồi dòng bằng cách làm ngắn mạch máy phát tại thời điểm
ban đầu .
Các biện pháp cải thiện tự kích trên được áp dụng phụ thuộc vào công suất của
máy phát và điều kiện công tác của máy phát .
Đặc tính minh hoạ quá trình tự kích ban đầu :

14

Trang:..........

BÀI TẬP LỚN
U
Uο
Uο

P
1

P
Po

2

Eο

0

Ikto

Ikt

Trong đó:
Đường số 1 : là đặc tính không tải của máy phát.
Đường số 2 : là đặc tính dòng – áp của mạch kích từ, trong hệ thống phức hợp
pha, ở chế độ không tải.
3.2.2. Hệ thống điều chỉnh điện áp theo độ lệch.
- Một trong những nhược điểm cơ bản của hệ thống điều chỉnh điện áp theo
nhiễu (phức hơp pha) là độ chính xác không cao. Điều đó cũng thật dễ hiểu vì
sao hệ thống phức hợp pha chỉ có khả năng giữ điện áp ổn định do 2 nguyên

nhân chính gây ra dao động điện áp đó là dòng tải và tính chất tải của tải. Mà
khi nói đến các nguyên nhân gây ra dao động điện áp ta còn phải kể đến sự
thay đổi tốc độ quay của diezel (Δn=5%) và sự thay đổi của các cuộn dây máy
phát. Hệ thống phức hợp pha không có khả năng giữ ổn định điện áp của máy
phát khi có các nguyên nhân khác gây ra.
15

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
- Hệ thống điều chỉnh theo độ lệch không quan tâm đến nhiễu hoặc bất cứ
nguyên nhân nào gây ra sự thay đổi điện áp của máy phát. Nó chỉ biết rằng
nếu có sự sai lệch điện áp thực tế của máy phát ra khác giá trị định mức (hoặc
giá trị chuẩn) thì lập tức hệ thống sẽ có tín hiệu điều chỉnh dòng kích từ cho
phù hợp để giữ cho điện áp phát ra của máy phát không đổi. Hệ thống điều
f

chỉnh điện áp theo độ lệch chỉ có một phần phản hồi điện áp(U ).

Hình A

Hình B

.

Hình3.5. Hệ thống điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch
Trong đó:
- Uo: Tín hiệu điện áp chuẩn .
- UF: Tín hiệu điện áp thực máy phát.

- Đo và so sánh: Đo điện áp UF thông qua biến áp , điện trở.
- KĐ: Bộ khuếch đại (có thể làm bằng tranzitor, khuếch đại từ, khuếch đại
thuật toán…)
-ΔU: Độ lệch tín hiệu điện áp là tín hiệu điều khiển.
-CL: Chỉnh lưu (có thể bằng diot hoặc thyristor…)
Từ sơ đồ khối (Hình B) ta thấy điệp áp thực sự của máy phát được đưa đến
phần tử đo và so sánh, nó được so sánh với điện áp chuẩn U0, cho ta một giá
16

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
trị ΔU. Sự chênh lệch điện áp này được đưa đến bộ khuếch đại qua bộ khuếch
đại tạo ra tín hiệu đủ lớn đưa tới phần tử thực hiện (thông thường là Thyristor)
để tạo ra dòng kích từ đủ lớn phù hợp sự chênh lệch ΔU để kéo điện áp máy
phát về điện áp định mức.
* Nguyên lý hoạt động:
Khi điện áp của máy phát dao động khỏi điện áp định mức (U f>Uđm hoặc
Ufsánh. Tín hiệu này được gửi tới bộ khuếch đại lên tín hiệu đủ lớn sau đó đưa
qua bộ chỉnh lưu để điều chỉnh Ikt đủ lớn đưa điện áp của máy phát về với điện
áp định mức.
* Ưu điểm.
- Dề dàng trong quá trình tự kích ban đầu (vì chỉ có một phản hồi điện áp).
- Hệ thống đơn giản, có trọng lượng và kích thước nhỏ (khi làm bằng các phần
tử bán dẫn ).
- Có độ chính xác điều chỉnh cao.
- Đây là hệ thống vạn năng có thể ổn định điện áp cho máy phát với bất kỳ
nguyên nhân nào làm thay đổi Uđm của máy phát.

* Nhược điểm.
- Hệ thống có tính ổn định động không cao. Nếu khởi động các động cơ lồng
sóc có công suất lớn gần bằng công suất của máy phát, hệ thống sẽ mất ổn
định dẫn đến mất hoàn toàn kích từ. Bởi vậy đối với những động cơ có công
suất tương đối lớn bắt buộc phải áp dụng các phương pháp khởi động làm
giảm dòng khởi động.
- Thời gian cường kích lâu hơn nguyên lý nhiễu vì nguyên lý giải quyết theo
luật nhân quả.
- Độ tin cậy không cao do số phần tử nhiều.
- Xác suất hỏng hóc cao hơn.
3.2.3. Hệ thống tự động điều chỉnh điện áptheo nguyên lý kết hợp.

17

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
- Do mức độ điện khí hóa và tự động hóa ngày càng cao nên việc ứng dụng
các phần tử điện tử, vi mạch ngày càng nhiều. Chất lượng ổn định điện áp của
máy phát ngày càng đòi hỏi cao hơn. Để lợi dụng được những ưu điểm cơ bả
của 2 nguyên lý (điều chỉnh theo nhiễu và độ lệch) người ta đã chế tạo ra được
hệ thống điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc kết hợp. Có nghĩa là : trên cùng 1
hệ thống ứng dụng 2 nguyên tắc điều chỉnh theo nhiễu và theo độ lệch.
- Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc kết hợp có thể phân
làm 2 loại :
+ Hệ thống kết hợp giữa phức hợp pha và điều chỉnh theo độ lệch.

Hình 3.6. Hệ thống kết hợp giữa phức hợp pha và điều chỉnh theo độ lệch
Hệ thống kết hợp giữa phức hợp pha và theo độ lệch, máy phát có 2 cuộn kích

từ có sức từ động ngược chiều nhau, cuộn kích từ 1 là cuộn kích từ chính,
cuộn 2 là cuộn phụ, sai số ∆U quyết định độ lớn dòng đi trong cuộn kích từ
phụ.
+ Hệ thống kết hợp giữa phức hợp dòng và điều chỉnh theo độ lệch.

18

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN

Hình 3.7.Hệ thống kết hợp giữa phức hợp dòng và điều chỉnh theo độ lệch
Trong đó:
- A.V.R: ( Auto Voltage Regulator)Bộ tự động điều chỉnh điện áp.
- Th: Thyristor
-C C: Cuộn cảm.
Cầu chỉnh lưu của tín hiệu áp là Tiristor cho phép điều chỉnh được độ lớn của
tín hiệu áp để điện áp máy phát ổn định với các nguyên nhân gây ra dao động
điện áp.
- Trong đó phần phức hợp pha(hay phức hợp dòng) được gọi là phần điều
chỉnh còn phần độ lệch được gợi là phần hiệu chỉnh. Ở hệ thống tự động điều
chỉnh theo nguyên lý kết hợp thì phần phức hợp pha thường tạo ra điện áp lớn
hơn 110% U

đm

gọi là bù thiếu. Sau đó phần hiệu chỉnh theo độ lệch sẽ hiệu

chỉnh kéo điện áp máy phát lên điện áp định mức.

* Ưu điểm .
Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp được xây dựng theo nguyên lý kết hợp nó
tận dụng được đầy đủ các ưu điểm của 2 phương pháp trên và loại bỏ được bớt
các nhược điểm mà 2 phương pháp gặp phải.
* Nhược điểm.
19

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
- Hệ thống phức tạp hơn.
- Có độ tin cậy thấp hơn.
- Giá thành hệ thống cao hơn.

20

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
4.4. Hệ thống điều chỉnh điện áp phức hợp pha có hiệu chỉnh hãng
TAIYO – Nhật (Tàu 22500T).

SWITCH BOARD

SPACE HEATER
CT
k

l 1 2 3

R

R

S

S

T

T

R

4

G
k

l 1 2 3

4

k

l 1 2 3

4

CCT

S
T
VR

D©y c©n b»ng

F1

SYNCHRONIZ
CONTROL.CIRCUIT

DCT

POWER SOURCE CIRCUIT

CCR

G
DEVIATION

P.I.D.CIRCUIT

A

DETECTING.CIRCUIT

EX

Kr

Ks

Kr

L
1

L
1

L
1

2
3

2
3

2
3

4

4

4

RT
R1
D1

S1

E3

E1

T1

Z1

Q5

Q3

E

Q1

E2

Q4

E3'

F

C10

I
B
H

A
E
E

F

G

POWER SOURCE
CIRCUIT

D9

TP3
B

Q2

C

AA-048
A.C.GENERATOR AND EXCITER

D17

A
A
B

D

PT2

B

C

SCR1
AA-049

SCR2

D

I
H

PHASE.CONTROL.CIRCUIT

MAIN.THYRISTOR.CIRCUIT

21

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
4.4.1. Giới thiệu phần tử .
* Mạch động lực:
-G

: Máy phát

-AC : Nguồn xoay chiều cấp cho bộ sấy.
-SPACE HEATER:Điện trở sấy máy phát. (khi máy phát không hoạt động thì
sẽ bật bộ sấy lên để đảm bảo cho máy phát luôn được hâm nóng).
-CT : Biến dòng 3 pha.
-F1

: Cuộn kích từ chính.

-S

: Silictor bảo vệ quá áp cho cuộn kích từ.

-Si1,Si2

: Các cầu chỉnh lưu.

-Ex

: Cuộn dây phần ứng của máy phát kích từ.

-F2

: Cuộn dây kích từ của máy phát kích từ.

-Rc

: Điện trở phóng điện (bảo vệ cầu chỉnh lưu Si2 và cuộn kích từ F2).

-RT : Cuộn cảm 3 pha (lấy tín hiệu áp từ máy phát).
* Mạch hiệu chỉnh AVR:
- CCT: Biến dòng 1 pha làm nhiệm vụ phân chia tải vô công bằng việc điều
chỉnh đặc tính ngoài.
- CCR

: Biến trở điều chỉnh đặc tính ngoài của máy phát , phục vụ phân

bố tải vô công khi các máy phát công tác song song.
- PT1 : Biến áp lấy tín hiệu điện áp thực máy phát để tạo nguồn nuôi và phục
vụ so sánh E1.
- VR : Biến trở đưa lên bảng điện chính để điều chỉnh giá trị điện áp không
tải của máy phát.
- D1,D9,D13

: Các cầu chỉnh lưu.

- Z1 : Điot zener tạo tín hiệu chuẩn (E2).
- Z2,Z3,Z4 : Điot zener ổn áp làm nhiệm vụ ổn áp nguồn nuôi cho mạch điều
khiển.
- Q1 : Khuếch đại thuật toán làm nhiệm vụ khuếch đại trong mạch PID.

22

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
- Q2 : Khuếch đại thuật toán làm nhiệm vụ khuếch đại điều khiển pha , tạo
điện áp đồng bộ có tín hiệu ra được so sánh với điện áp đặt Z5 đưa đến điều
khiển Q4.
- Q3,Q4

: Các tranristor khuếch đại.

- Q5 : UJT tạo xung điều khiển.
- R8 : Tạo tín hiệu khuếch đại.
- C5 : Tạo khâu vi phân trong mạch PID (tăng tính ổn định hệ thống).
- C7 : Lấy phản hồi về làm khâu tích phân.
- C8,C9,R11: Làm nhiệm vụ bù tần số để tạo tính ổn định cho Q1.
- C15,C16,R31

: Làm nhiệm vụ bù tần số để tạo tính ổn định cho Q2.

- PT3 : Biến áp tạo xung làm nhiệm vụ nhận tín hiệu ra của mạch tạo xung.
- PT2 : Biến áp cấp nguồn cho mạch tạo tín hiệu đồng bộ.
- SCR1,SCR2

: Các tiristor làm nhiệm vụ điều chỉnh dòng kích từ.

- L1 : Cuộn kháng .
- R25,C11 : Làm nhiệm cụ lọc và bảo vệ 2 tiristor.

4.4.2. Quá trình tự kích.
Khởi động diezel lai máy phát , điều chỉnh tốc độ động cơ lai đạt giá trị định
F

mức (U =U

đm

đm

) với sai số tốc độ cho phép Δn=±5% n .

Ban đầu nhờ từ dư có sẵn trong mạch từ rotor của máy phát làm xuất hiện trên
du

các cực từ 1 suất điện động E .
du

E =(2÷5%) U

đm

Tín hiệu áp từ pha R qua cuộn kháng RT cấp cho cầu chỉnh lưu Si2, qua cầu
chỉnh lưu Si2 cấp dòng kích từ 1 chiều cho cuộn kích từ F2 của máy phát kích
từ Ex .
Khi đó có dòng I

KT

trong cuộn F2 làm xuất hiện trên cuộn dây pha của máy

phát Ex 1 suất điện động, suất điện động này đặt lên cầu chỉnh lưu Si1, qua
23

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
cầu chỉnh lưu này tạo dòng kích từ 1 chiều cấp cho cuộn kích từ F1 của máy
phát chính.
F

Quá trình khép kín như thế làm cho điện áp máy phát tăng lên đạt U =110%
U

đm

.
F

Trong dạng sơ đồ này phần phức hợp pha tạo ra U >U
F

- Khi U >U

đm

đm

.

, tín hiệu áp 3 pha RST qua biến áp PT1 đưa vào cầu chỉnh lưu
3

1

2

D1, qua mạch đo và so sánh : E =E +E . Để đưa vào khuếch đại thuật toán
Q1. Khi đó tín hiệu đưa vào chân đảo Q1 tăng lên, dẫn đến cửa ra Q1 sẽ
dương càng lớn làm Q3 thông hơn làm cho C10 nạp nhanh hơn nên Q5 phát
xung sớm hơn qua biến áp xung PT3 đạt tới cực khiển G1,G2 của
SCR1,SCR2. Do đó SCR1,SCR2 thông nhiều hơn, khi đó dòng rẽ nhánh qua
pha RT đi qua L1 tăng lên, làm dòng đi vào cầu chỉnh lưu Si2 giảm và kéo
dòng trong F2 giảm. Suất điện động trong Ex giảm theo và qua cầu chỉnh lưu
F

Si1 làm dòng qua F1 giảm đưa U đạt U

đm

.

4.4.3. Quá trình ổn định điện áp.
Khi cho máy phát nhận (hoặc cắt) tải làm cho dòng tải máy phát tăng lên
( hoặc giảm đi) I

t

↑ (↓)

.
t

Nhờ biến dòng 3 pha CT cảm nhận được sự thay đổi của dòng tải I , làm cho
suất điện động trên cuộn thứ cấp của CT tăng lên (hoặc giảm), lúc đó tín hiệu
áp đưa vào cầu chỉnh lưu Si2 qua cuộn kích từ F2 làm dòng kích từ F2 tăng
lên (hoặc giảm đi) , suất điện động phát ra của máy phát Ex cũng tăng lên
(hoặc giảm đi). Làm dòng kích từ chạy trong F1 tăng lên (hoặc giảm đi) và

24

Trang:..........


BÀI TẬP LỚN
trong quá trình qua tải điện áp xuất hiện trên cuộn dây phần ứng 3 pha của
máy phát chính, khi có tải luôn lớn hơn U
Phần nhiều thì U

F

F

đm

sẽ tăng đạt U =110%U

vì CT luôn bù thừa.
đm

sau đó phần hiệu chỉnh AVR sẽ
F

hiệu chỉnh kéo điện áp máy phát đạt định mức U =U

đm

. Quá trình hiệu chỉnh

của AVR lúc này giống như phần tự kích.
1

2

3

G

- Mối quan hệ giữa E ,E ,E ,E .

Trong đó :
E1

: Điện áp thực của máy phát.

E2

: Điện áp chuẩn.

E3

: Điện áp đặt vào của vào Q1.

25

Trang:..........