Nghiên cứu phân tích hệ thống mô phỏng bảng điện chính của khoa điện điện tử đi sâu xây dựng mạch khởi động phục vụ công tác thực hành thí nghiệm

LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của khoa Điện- Điện tử Trường Đại học Hàng Hải Việt
Nam, và sự đồng ý của giảng viên hướng dẫn T.S Vương Đức Phúc, em đã thực
hiện đề tài: “Nghiên cứu phân tích hệ thống mô phỏng bảng điện chính của
Khoa Điện-Điện tử.Đi sâu xây dựng mạch khởi động phục vụ công tác thực
hành thí nghiệm”.
Để hoàn thành đề tài này, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong
khoa đã tận tình giảng dạy trong suất quá trình học tập và nghiên cứu, rèn luyện
tại trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam.
Xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vương Đức Phúc đã tận tình chỉ bảo em
trong quá trình làm đồ án.Từ đó em củng cố lại kiến thức đã được giảng dạy trên
giảng đường cũng như đi sâu hơn về các hệ thống đã học. Phần nào hình thành
cho em tay nghề để sau này ra trường có kinh nghiệm làm việc thực tế, kỹ năng
làm việc nhóm.
Em xin chân thành cảm ơn!


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan:
1.

Những nội dung trong đồ án này là do em thực hiện, dưới sự hướng dẫn

trực tiếp của T.S Vương Đức Phúc.
2.

Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả,

tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.
3.

Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, em xin

chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Sinh viên
Nguyễn Anh Phương


MỤC LỤC


LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hoá đất nước, ngành giao
thông vận tải có một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Nó đem
lại hiệu quả cao về kinh tế cho đất nước, đặc biệt là giao thông vận tải biển.
Nước ta với lợi thế có bờ biển dài tạo điều kiện thuận lợi cho ngành giao thông
vận tải biển phát triển, là tiền đề để ngành công nghiệp đóng tàu của nước ta
phát triển mạnh mẽ.Trong những năm gần đây ngành công nghiệp tàu thuỷ
chúng ta đã đóng được những con tàu cỡ lớn,đủ các loại: tàu dầu, tàu hàng rời
mang tầm cỡ quốc tế thu hút sự chú ý các bạn bè trên thế giới.
Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam với đội ngũ giảng viên giỏi chuyên
môn và giàu kinh nghiệm giảng dạy, là nơi đào tạo nên những kỹ sư có tay nghề
trình độ chuyên môn cao, đảm bảo đáp ứng được các yêu cầu khai thác công
việc trên tàu và trong các nhà máy đóng mới và sửa chữa tàu biển.
Xuất phát từ yêu cầu cần thiết phải nghiên cứu những hệ thống trên tàu
nhằm nâng cao chất lượng, độ chính xác, độ tin cậy của việc vận hành,khai thác,
ban chủ nhiệm khoa Điện - Điện Tử đã giao cho em đồ án: “Nghiên cứu phân
tích bảng điện chính mô phỏng của Khoa Điện-Điện tử.Đi sâu xây dựng
mạch khởi động cơ phục vụ công tác thực hành thí nghiêm”.
Đồ án tốt nghiệp của em gồm 2 chương:
Chương I: Nghiên cứu phân tích bảng điện chính mô phỏng của Khoa

Điện-Điện tử.
Chương II: Xây dựng mạch khởi động động cơ phục vụ công tác thực
hành thí nghiệm.
Bằng sự cố gắng nỗ lực của bạn thân và sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của
giảng viên hướng dẫn T.S VƯƠNG ĐỨC PHÚC, em đã hoàn thành đồ án đúng
thời hạn. Do thời gian làm đồ án có hạn và trình độ còn hạn chế nên không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý chân thành của thầy
cô giáo trong khoa vàcác bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
1


Em xin chân thành cảm ơn!
Chương I: NGHIÊNCỨU PHÂN TÍCH BẢNG ĐIỆN CHÍNH MÔ PHỎNG
CỦA KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
1.1 Bảng điện chính mô phỏng của Khoa Điện-Điện tử.
Mở đầu: Việc đào tạo thuyền viên ở Việt Nam hiện nay đang phát triển
mạnh để đáp ứng cho nhu cầu làm việc và xuất khẩu thuyền viên có chất lượng
ra nước ngoài công tác, chính vì vậy các đơn vị đào tạo như trường Đại học
hàng hải Việt nam cần các giáo cụ, thiết bị dạy và học trực quan trong việc đào
tạo và huấn luyện thuyền viên.
Ở nước ngoài đã có một số hãng chế tạo ra các thiết bị mô phỏng bảng điện
chính trong đào tạo. Với các hệ thống mô phỏng bằng đồ họa trên cơ sở máy
tính có thể mô phỏng được các chức năng của trạm phát điện nhưng lại thiếu sự
tương tác thực và khả năng vận hành thực tế cho người học trong huấn luyện .
Các hệ thống mô phỏng bằng cả bằng mô hình vật lý với ưu điểm trực quan cao
và khả năng thao tác vận hành tốt nhưng vẫn còn hạn chế trong các tình huống
đặc biệt, hạn chế trong khả năng chủ động mở rộng các chức năng khác cho hệ
và một yếu điểm tương đối quan trọng của các hệ thống này là giá thành thiết bị
vẫn còn rất cao.
Ở trong nước thì chưa có công trình nào nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết

bị này để đáp ứng được nhu cầu đào tạo trong ngành hàng hải mà được trang bị
thông qua các dự án tài trợ không hoàn lại như dự án Jica của chính phủ Nhật
bản, tuy nhiên số lượng có hạn nên chưa đáp ứng đủ cho nhu cầu của học viên.
Khi thiết bị này được nghiên cứu, thiết kế sau đó có thể đưa vào chế tạo mới, sử
dụng các thuật toán, các yêu cầu để lập trình điều khiển hoạt động các thiết bị
trên bảng điện chính tàu thủy thật, để đáp ứng nhu cầu của sinh viên đồng thời
làm giảm giá thành sản phẩm góp phần nội địa hóa sản phẩm và cạnh tranh với
các sản phẩm cùng loại của nước ngoài và có thể chuyển giao công nghệ cho các
đơn vị đào tạo trong cùng ngành hàng hải. Vậy hệ thống mô phỏng bảng điện

2


chính tàu thủy, là một bộ phận không thể tách rời của trạm năng lượng tàu thủy
nơi cung cấp và phân phối điện năng tới tất cả các phụ tải trên tàu.
1.1.1Mục đích.yêu cầu của hệ thống.

.

Bảng điện chính là nơi tập chung năng lượng từ máy phát và từ đó phân

phối đến các bảng điện phụ và phụ tải.Bảng điện chính phải đáp ứng được các
yêu cầu sau::
+
+

Độ tin cậy của bảng phân phối điện chính.
Tính cơ động của hệ thống: Khi có sự cố phải đảm bảo nhanh chóng

khác phục,cho phép kiểm tra tháo lắp dễ dàng.

+

Vận hành và sử dụng thuận tiện: Sơ đồ phải đơn giản,cấu tạo hoàn

chỉnh,có độ tin cậy cao để thời gian sửa chữa nhanh và tang cường thời gian vận
hành,áp dụng điều khiển từ xa tập chung”.
+

Tính kinh tế trong vận tải và khai thác: Có thể dung nguồn điện bờ khi

tàu dừng tại cảng và sử dụng máy phát đồng trục khi tàu hành trình trên biển

.

Thiết bị trong bảng điện chính tàu thủy được phân chia theo chức

năng:Thiết bị chính phân phối năng lượng điện,các bảng điện chung gian,bảng
điện phụ,bảng điện sự cố.Thiết bị bảng điện được chế tạo có bảo vệ để không có
khả năng tiếp xúc với phần có điện áp.Bảng điện chính được chia ra các
panel.Các panel cho các máy phát,các panel cho tải động lực,các panel cho ánh
sang.Trong các panel cho máy phát điện được đặt các khí cụ,các thiết bị bảo
vệ,các thiết bị đo lường và điều khiển.Trong các panel phân phối năng lượng
được lắp đặt các thiết bị đóng ngắt,các thiết bị bảo vệ lưới điện phụ tải và các
aptomat bảo vệ quá tải.Panel điều khiển được đặt giưa panel các máy phat.panel
được đặt các thiết bị điều khiển hòa đồng bộ,thiết bị kiểm tra điện trở cách
điện,aptomat lấy điện bờ.
1.1.2 Các thông số kỹ thuật của máy phát chính
3

Thông số máy phát chính
Hãng sản xuất

:TAIYO ELECTRIC CO.LTD

Điện áp định mức :Uđm= 450V
Dòng điện định mức:Iđm=5.41A
Công suốt

: Pđm=3.4KW,Sđm=4.22 KVA

Tần số

:f=60HZ

Hệ số công suốt ( cos ᵠ):0,8
Số pha

:3 pha

Cấp cách điện

:F

Thông số máy phát lai tua bin
Hãng sản xuât

:TAIYO ELECTRIC CO.LTD

Điện áp định mức

:Uđm=450V

Dòng điện định mức

:Iđm=6.02A

Công suốt

: Pđm=3.8KW,Sđm=4.69KVA

Tần số

:f=60HZ

ᵠ

Hệ số công suốt (cos ) :0,8
Số pha

: 3 pha

Cấp cách điện

:F

1.1.3 Giới thiệu các phần tử chính
Bảng điện chính mô phỏng của Khoa Điện - Điện tử được cấu tạo và
thiết kế chia thành 7 panel:
Panel máy phát số 1 (No.1 GEN PANEL)

Panel máy phát số 2 (No.2 GEN PANEL)
Panel tua bin lai máy phát ( TURBO GEN PANEL)
Panel cấp nguồn 440V(440V FEED PANEL)
Panel Diezel lai máy phát 1(No.1 GEN CONTROL PANEL)
Panel Diezel lai máy phát2(No.2 GEN CONTROL PANEL)
4


Panel điều khiển tua bin lai máy phát (TURBO GEN CONTROL PANEL)
Một số hình ảnh

Các phần tử chính:
•

Mặt ngoài của hệ thống

A11,A21

: Ampe kế đo dòng điện xoay chiều máy phát 1,2

A31

: Ampe kế đo dòng điện xoay chiều máy phát lai tua bin

W11,W21,W31 : Wat kế đo công suốt các máy phát
V11,V21,V31

: Vôn kế đo điện áp xoay chiều các máy phát

FM11,FM21,FM31 : Đồng hồ đo tần số các máy phát

MΩ

: Mê ga ôm kế đo điện trở các điện tải

F4-1 đến F4-16 : Các phụ tải chính
SL11,SL21,SL31: Đèn báo các máy phát đang chạy
SL12,SL22,SL32: Đèn báo các ACB chính của các máy phát đang dừng
SL13,SL23,SL33: Đèn báo ACB chính các máy phát đang mở
3-106,3-206

: Đèn báo máy chính1,2 đang hoạt động

3-105,3-205

: Đèn báo máy chính 1,2 đang dừng
5


3-306
3-305

: Đèn báo máy phát lai tua bin đang hoạt động
: Đèn báo máy phát lai tua bin đang dừng

3R-128,3R-228,3R-328

: RESET lại hệ thống

.

Mặt trong của bảng điện chính

S01(No. 28-1): Mạch điều khiển nguồn máy phát số 1.
G

: Máy phát điện số 1

ACB1

: Áp tô mát chính máy phát số 1

CT11

: Biến dòng 40VA/5A, lấy tín hiệu dòng đưa tới bộ đo công suất và

bảo vệ máy phát số 1.
PT11

: Biến áp hạ áp 460/115V được đưa tới mạch đo và bảo vệ máy

phát,hòa đồng bộ bằng tay và tự động.
T14

:Biến áp hạ áp 460/115V được đưa tới mạch điều khiển đóng mở

aptomat và điều khiển động cơ servo.
S02(No 28-2): Mạch điều khiển nguồn máy phát số 2.
G

: Máy phát số 2

ACB2

: Aptomat chính máy phát số 2

CT21

: Biến dòng 40VA 7.5/5A, lấy tín hiệu dòng đưa tới bộ đo công suất

và bảo vệ máy phát số 2.
PT21

: Biến áp hạ áp 460/115V đưa tới mạch đo và bảo vệ máy phát, hòa

đồng bộ máy phát số 2
T24

: Biến áp hạ áp 460/115V đưa tới mạch điều khiển đóng mở aptomat

và điều chỉnh động cơ servo
S03(No 28-3): Mạch điều khiển nguồn cho máy phát lai tua bin
G

: Máy phát lai tua bin

CT31

: Biến dòng 40V 7.5/5A, lấy tín hiệu dòng đưa tới bộ đo công suất của

máy phát lai tua bin

ACB3

: Aptomat chính bảo vệ máy phát lai tua bin
6


PT31

: Biến áp hạ áp 460/115V đưa tới điều khiển mạch đo và bảo vệ.hòa

đồng bộ
T34

: Biến áp hạ áp 460/115V đưa tín hiệu tới điều khiển đóng mở

aptomat và mạch điều chỉnh động cơ servo.
S05(No. 28-4): BUS điều khiển công suất
PT51

: Biến áp hạ áp 460/115V đưa tín hiệu tới mạch đo và hòa đồng bộ

MΩ 51

: Đồng hồ mê ga ôm để đo điện trở cách điện

ES51

: Nút ấn thử cách điện

EL51

: Đèn thử cách điện

S09(No. 28-5): Sơ đồ 1 dây
S11(No. 28-6): Mạch đo và bảo vệ máy phát số 1
W11

: Đồng hồ đo công suất máy phát số 1

TD11

: Bộ chuyển đổi tín hiệu dòng va áp

A11

: Đồng hồ ampe để đo dòng

AS11

: Công tắc xoay để đo dòng điện các pha

V11

: Đồng hồ vôn kế dùng để đo điện áp máy phát 1

FM11

: Đồng hồ đo tần số của máy phát 1

VFS11

: Công tắc xoay để đo điện áp và tần số các pha

S12(No.28-7): Mạch đo và bảo vệ máy phát sô2
W21

: Đồng hồ đo công suất máy phát số2

TD21

: Bộ chuyển đổi tín hiệu dòng và áp

A21

: Đồng hồ ampe dùng đo dòng điện máy phát 2

AS21

: Công tắc xoay dùng để đo dòng điện các pha

V21

: Vôn kế đo điện áp máy phát số 2

FM21

: Đồng hồ đo tần số của máy phát 2

VF21

: Công tắc xoay để đo điện áp và tần số các pha

S13 (No.28-8): Mạch đo và bảo vệ maý phát lai tua bin
W31

: Đồng hồ đo công suất máy phát lai tua bin

TD31

: Bộ chuyển đổi tín hiệu dòng và áp
7


A31

: Ampe dùng để đo dòng điện

AS31

: Công tắc xoay để đo dòng điện các pha

V31

: Vôn kế dung để đo điện áp

FM31

: Đồng hồ đo tần số

VFS31

: Công tắc xoay để đo điện áp và tần số các pha

S15(No.28-9): Mạch hòa đồng bộ bằng tay
SYN1

: Bộ kiểm tra điều kiện hòa đồng bộ máy phát 1

SYD11

: Rơ le điều khiển đóng mở tiếp điểm SYD11

S45

: Nút ấn hòa máy phát 1

SYN2 : Bộ kiểm tra điều kiện hòa máy phát 2
SYD21 : Rơ le điều khiển đóng mở tiếp điểm SYD21
S46

: Nút ấn hòa máy phát 2

SYN3

: Bộ kiểm tra điều kiện hòa máy phát lai tua bin

SYD31

: Rơ le điều khiển đóng mở tiếp điểm SYD31

S47

: Nút ấn hòa máy phát lai tua bin

S17(No.28-10): Mạch điều khiển động cơ servo
SW

: Công tác chọn chế độ tăng giảm tốc độ

115L

: Rơ le điều chỉnh tốc độ Diezel lai máy phát 1 theo chiều giảm

115R

: Rơ le điều chỉnh tốc độ Diezel lai máy phát 1 theo chiều tăng

215L

: Rơ le điều chỉnh tốc độ Diezel lai máy phát 2 theo chiều giảm

215R

: Rơ le điều chỉnh tốc độ Diêzel lai máy phat 2 theo chiều tăng

315L

: Rơ le điều chỉnh tốc độ tua bin lai máy phát theo chiều giảm

315R

: Rơ le điều chỉnh tốc độ tua bin lai máy phát theo chiều tăng

S18(No.28-11): Mạch tự động điều chỉnh điện áp
AVR11
CCT1

: Bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát số 1
: Biến dòng lấy tín hiệu dòng đưa tới bộ tự động điều chỉnh điện áp

máy phát 1
AVR21

: Bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát số 2

8


CCT 2

: Biến dòng lấy tín hiệu dòng đưa tới bộ tự động điều chỉnh điện

áp máy phát 2
AVR31

: Bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát lai tua bin

CCT3

: Biến dòng lấy tín hiệu dòng đưa tới bộ tự động điều chỉnh điện áp

cho máy phát lai tua bin
S21(No.28-12): Mạch điều khiển aptomat máy phát số 1
CS11

: Công tác chọn chế độ đóng mở aptomat

152 A1,A2 : Rơ le trung gian
152CX

: Rơ le trung gian để đóng aptomat

152TX

: Rơ le trung gian để mở aptomat

S22(No.28-13): Mạch điều khiển aptomat máy phát số 2
BCS21

: Công tác chọn chế độ đóng mở aptomat

252A1,A2

: Rơ le trung gian

252CX

: Rơ le trung gian để đóng aptomat

252TX

: Rơ le trung gian để mở aptomat

S23(No.28-14): Mạch điều khiển đóng mở aptomat máy phát lai tua bin
BCS31

: Công tác chọn chế độ đóng mở aptomat

352A1,A2

: Rơ le trung gian

352CX

: Rơ le trung gian để đóng mở aptomat

1.2. Hoạt động và bảo vệ của hệ thống
1.2.1.Các hệ thống đo
a. Đo dòng điện
Trên các panel các máy phát có các ampe kế A11,A21,A31 dùng để đo
dòng các pha thông qua các công tắc chuyển AS11,AS21,AS31
Nguyên lý hoạt động: Đối với máy phát 1
Tín hiệu được lấy từ máy phát thông qua biến dòng CT11(S01), tín hiệu
dòng pha sẽ đi theo các đường 1CR,1CS,1CT(S01) cấp đến S11để đo công suất
và dòng điện. Ở S11 tín hiệu dòng pha R sẽ vào chân 1S,pha T sẽ vào chân3S
của khối bảo vệ TD11.Còn pha S thông qua các khối xử lý
9


RPR11,OCR11,OCR12 sẽ đi vào trực tiếp chân A1 của A11.Thông qua công tắc

chuyển AS11 có 3 vị trí tương ứng với đo dòng điện pha R,S,T và OFF”.
Ban đầu AS11 ở vị trí OFF thì tín hiệu dòng pha R,T đều vào chân A1 của
ampe A11 về mát qua đó ampe kế không chỉ
Muốn đo dòng pha R. Ta chuyển công tắc AS11 sang vị tri pha R. Khi đó
tín hiệu dòng pha R sẽ vào chân A2 của A11,còn dòng pha T sẽ vào chân A1
của A11. Ampe kế A11 sẽ hiện thị dòng đo được của pha R.Tương tự với pha
T.
Muốn đo dòng pha S thì ta chuyển công tắc AS11 về vị trí pha S. Khi đó tín
hiệu dòng pha R và T sẽ đều vào chân A2 của A11. Khi đó hai tín hiệu dòng pha
R,T cộng với nhau sẽ bằng tín hiệu dòng pha S (vì trên tàu thủy tải của 3 pha
R,S,T là đối xứng). Vì vậy muốn đo dòng pha S ta sẽ đo tổng dòng của 2 pha
R,T.Tín hiệu tổng này sẽ qua Ampe kế A11 qua chân A1 về pha S và tiếp mát.
Tương tự với máy phát số 2 và máy phát lai tua bin.
b.Đo điện áp và tần số
Trên các panel máy phát 1,2 và máy phát lai tua bin có các Vôn kế
V11,V21,V31 để đo điện áp các pha và BUS. Các tần số kế FM11,FM21,FM31
để đo tần số các pha va BUS.
Nguyên lý hoạt động: Đối với máy phát 1
• Đo điện áp
Tín hiệu được lấy từ máy phát số 1 thông qua các cầu chì F10,F11 đến
biến áp PT11 hạ áp xuống. Sau đó tín hiệu áp pha R,S,T cấp theo 3 đường
1VR,1VS,1VT ở S11 đến VFS11. Tín hiệu điện lưới BUS được cấp từ (51V) ở
S05 theo đường R,S đến công tắc VFS11.Công tắc VFS11 có 4 vị trí công tắc là
R-S,S-T,T-R và BUS.
Giả sử muốn đo điện áp pha R-S ta chuyển công tắc VFS11 sang vị trí
R-S. Khi đó tín hiệu pha R sẽ vào chân V1 của Vôn kế V11, còn tín hiệu pha S
sẽ vào chân V2 cua V11.Khi đó giá trị điện áp pha R-S sẽ hiện thị trên Vôn
kế.Điện áp các pha S-T, T-R sẽ được đo tương tự.
10

Đo điện áp lưới BUS thì ta chuyển công tắc VFS11 về vị tri BUS. Khi
đó tín hiệu pha R sẽ vào chân V1 của V11, còn tín hiệu pha S sẽ vào chân V2
của V11. Khi đó giá trị điện áp lưới sẽ hiển thị trên Vôn kế V11.

•

Đo tần số
Vì đồng hồ tần số được mắc song song với Vôn kế nên khi đo giá trị

điện áp các pha máy phát thì giá trị tần số cũng sẽ hiển thị luôn trên tần số kế.
Đo điện áp và tần số máy phát 2 và máy phát lai tuabin cũng tương tự.
c.Đo công suất
Trên các panel hòa đồng bộ giữa các máy phát

có các watt meter

W11,W21,W31 để đo và hiển thị công suất các máy phát.
Nguyên lý hoạt động: (Sơ đồ S11,S12,S13)
Đo công suất máy phát 1
Tín hiệu áp được lấy từ biến áp hạ áp PT11(S01), tín hiệu 3 pha R,S,T
được cấp vào các chân P1,P2,P3 tương ứng của khối TD11.Tín hiệu dòng được
lấy từ biến dòng CT11(S01). Tín hiệu dòng pha R(11A) vào chân 1S và ra
chân C của TD11.Tín hiệu pha T vào chân 3S và ra chân B của TD11.PLC(S41)
cấp nguồn nuôi 1 chiều, cực (+) theo đường 1M12, cực (-) theo đường
1M14..Khi công tắc AS11 ở bất cứ vị trí nào thì tín hiệu dòng 2 pha R,T qua các
cuộn dòng của W11 đều được khép kín và tiếp mát.
Đo công suất máy phát 2 và máy phát lai tua bin tương tự
1.2.2.Các hệ thống điều khiển
a.Mạch điều khiển đóng mở aptomat

* Đóng ACB của máy phát số 1 (S21)
Ở chế độ bằng tay thì ta thực hiện khởi động máy phát ,kiểm tra các
điều kiện hòa và chọn thời điểm hòa sau đó xoay công tắc BCS11 về vị trị
CLOSE.Khi đó tiếp điểm BCS11 ở vị trí 3-1 cấp nguồn cho rowle trung gian
152CX thông qua ICU-GP1,tiếp điểm 152CX (4B)đóng lại điều khiển đóng
11


ACB và hòa máy phát 1 lên lưới.Khi đó tiếp điểm ACB1 (9B) đóng lại cấp điện
cho rơ le 152A1,A2.Rơ le 152A2 có điện làm cho các tiếp điểm 152A2 tại
S22,S23 mở ra ngăn không cho đóng áp tô mat máy phát 2 và máy phát lai tua
bin.Rơ le 152A1 có điện làm cho các tiêp điểm 152A1 ở S31,S32 đóng lại gửi
tín hiệu đến ICU-GP1thực hiện đóng ACB, đồng thời mở tiếp điểm 152A1 ở
S15 ra ngừng hòa đồng bộ”.
Ở chế độ tự động ta thực hiện như sau: ấn nút khởi động PLC1(S31)
trên bảng điều khiển , mặt khác ta có rơ le 143RX(S33) có điện làm đóng tiếp
điêm 143RX(S31) tiếm điểm 143RX đóng tín hiệu được đưa đến khối xử lý
ICU-GP1 thực hiện đóng aptomat tự động. Khi đó tiếp điểm ACB1 (9B) đóng
lại cấp điện cho rơ le 152A1,A2. Rơ le 152A2 có điện làm cho các tiếp điểm
152A2 tại S22, S23 mở ra ngăn không cho đóng aptomat máy phát 2 và máy
phát lai tua bin.
*Mở ACB của máy phát 1(S21)
Ở chế độ bằng tay: Đưa tay gạt công tắc BCS11 về vị trí OPEN( 4-2).
Thông qua ICU-GP1 cấp điện cho rơ le 152TX làm tiếp điểm 152TX đóng lại
làm mở aptomat ra ngắt điện của máy phát.
b.Mạch điều khiển động cơ servo(S17)
Việc điều chỉnh động cơ servo chính là điều khiển tần số của các máy
phát hay phân chia tải tác dụng khi các máy phát công tắc song song, nó có thể
thực hiện bằng tay như sau.
Giả sử muốn tăng tần số máy phát 1 ta thực hiện như sau: Đưa tay gạt

công tắc SW về vị trí RAISE(1-3). Tín hiệu từ SO1 qua 1-3 tới cấp điện cho rơ
le 115R để tăng nhiên liệu cho động cơ làm tăng tần số máy phát lên.
Muốn giảm tần số máy phát 1 ta thực hiện như sau: Đưa tay gạt công
tắc SW về vị trí LOWER(2-4). Khi đó tín hiệu nhận từ S01 qua 2-4 tới cấp
nguồn cho rơ le 115L để giảm nhiên liệu vào động cơ làm giảm tần số của máy
phát xuống.
*Làm tương tự với máy phát số 2 và máy phát lai tua bin.
12


c.Các bảo vệ của hệ thống
* Bảo vệ quá tải:
Bảo vệ quá tải được thực hiện bởi khối OCR12,OCR11(OVER CURRENT
RELAY). Khối này lấy tín hiệu điện áp máy phát các pha R,S và tín hiệu dòng
pha S thông qua biến dòng.
Giả sử máy phát số 1 bị quá tải: Thì khối OCR11(S11) sẽ đóng tiếp điểm
OCR11 (S31) làm Rơ le 152AL có điện.Tiếp điểm 152AL/7A(S31) đóng lại
đưa tín hiệu tới chân 52AL của khối ICU-GP1, đồng thời tiếp điểm 152AL(S21)
đóng lại sẵn sàng mở aptomat bảo vệ máy phát 1. Khối OCR12(S11) sẽ đóng
tiếp điểm OCR12(S31) đưa tín hiệu tới chân 51X của ICU-GP1. Khối này sẽ xử
lý tín hiệu và đưa tới cho các cuộn ngắt (S25) ngắt các phụ tải không quan trọng.
Khi đã ngắt các phụ tải không quan trọng mà máy phát vẫn bị quá tải thì sẽ gửi
tín hiệu tới chân 511 của ESCP1(S25), đầu ra 5112-5122 có điện cấp điện cho rơ
le 51PT có điện. Tiếp điểm 51PT/3B(S25) đóng lại để duy trì. Tiếp điểm
51PT(S62) đóng lại, đèn RL(S62) sáng báo máy phát 1 đã được ngắt ra khỏi hệ
thống đồng thời dừng sự cố Diezel lai máy phát 1
*Bảo vệ ngắn mạch:
Khi xảy ra ngắn mạch, tùy từng mức độ dòng mà các ACB thực hiện bảo
vệ với thời gian khác nhau:
Khi dòng đạt 115Iđm thì thời gian thực hiện bảo vệ là 20s.

Khi I=250Iđm thì thời gian thực hiện bảo vệ là 220ms.
Khi I=1200Iđm thì ACB thực hiện ngắt ngay với thời gian trễ vô cùng nhỏ
*Bảo vệ công suất ngược:
Bảo vệ công suất ngược cho máy phát được thực hiện bởi khối
RPR11,RPR21,RPR31(REVER POWER RELAY). Khối này lấy tín hiệu áp
(1VR,1VS,1VT) từ biến áp PT11 và lấy tín hiệu dòng (1CS) từ biến dòng
CT11.
Giả sử máy phát 1 xảy ra công suất ngược, cuộn dòng 1CS sẽ cảm
nhận được sự thay đổi chiều của dòng điện. Lúc đó khối RPR11(S11) sẽ hoạt
13


động và đóng tiếp điểm RPR11(S31) lại làm rơ le 167X có điện đóng tiếp
điểm167X/7A(S31) để duy trì. Tiếp điểm 167/7A(S31) đóng lại đưa tín hiệu tới
chân 67X của khối xử lý ICU-GP1, Tiếp điểm của rơ le 67X trong khối ICUGP1 đóng lại cấp tín hiệu đến cuộn ngắt ACB máy phát số 1 để ngắt máy phát
số 1 ra khỏi hệ thống
Quá trình bảo vệ công suất ngược máy phát 2 và máy phát lai tua bin xảy ra
tương tự.
*Bảo vệ điện áp thấp:
UVT

: Cuộn bảo vệ thấp áp của Aptomat

R-T

: Tín hiệu áp

Nguyên lý hoạt động:
Giả sử máy phát 1:
Khi ACB 1 đóng thì tiếp điểm phụ ACB1(AXc1-AXa1)(S21) đóng lại cấp

nguồn từ 2 pha R-T cho các cuộn UVC.Vì một lý do nào đó điện áp giảm xuống
thấp hơn 80Uđm thì lực hút của UVT không thắng được lực kéo của lò xo dẫn
đến ngắt Ap tô mát ra khỏi lưới điện, ngắt điện toàn bộ hệ thống.
1.2.3. Hòa đồng bộ và phân chia tải trên bảng điện chính.
* Khái quát chung về công tác song song giữa các máy phát điện
Hòa đồng bộ các máy phát điện là hình thức mắc song song các máy phát
điện. Đây là giải pháp kỹ thuật cao và đòi hỏi tính chuyên nghiệp trong vận hành
bảo dưỡng cho nên trước khi sử dụng giải pháp bạn phải xác định rõ nhu cầu khi
nào phải sử dụng giải pháp máy phát điện song song hoặc máy phát điện song
song với lưới điện.
* Tại sao phải công tác song song giữa các máy phát điện trên tàu thủy
- Khi công suất yêu cầu lớn hơn công suất của một máy
- Khi phụ tải của bạn thay đổi nhiều mà bạn lại muốn tiết kiệm nhiên liệu

14


- Khi bạn đã có một máy và bạn muốn mua thêm một hay vài cái nửa do
công suất sử dụng điện tăng vì tình hình sản xuất kinh doanh
- Khi hệ thống của bạn làm việc liên tục 24 giờ trong ngày và 7 ngày trong
tuần và bạn không muốn gián đoạn khi chuyển tải từ máy này sang máy khác
- Khi phụ tải của bạn lớn quan trọng và thời gian cho phép mất điện rất bé
(chỉ vài giây), hoặc tuyệt đối không được mất điện (như các data center, các nhà
máy công suất lớn, việc mất điện có thể làm hư hỏng sản phẩm, thiết bị mà giá
trị thiệt hại là rất lớn, các trung tâm hội nghị tầm cỡ quốc gia trong khi có hội
nghị đang diễn ra,… mà không thể trang bị hệ thống nguồn UPS).
* Các điều kiện của hòa đồng bộ chính xác
Máy phát điện muốn làm việc song song phải thỏa mãn 3 điều kiện chính
như sau:
- Điện áp của các máy phát phải bằng nhau và bằng điện áp lưới: thường thì

độ sai lệch điện áp của các máy không được lớn hơn 5%
- Tần số các máy phát phải bằng nhau và bằng tần số lưới: nếu không bằng
nhau sẽ có hiện tượng phân bố tải không điều trên các máy
- Thứ tự pha các máy phải giống nhau.
Ngoài ba điều kiện trên, để hệ thống làm việc ổn định, an toàn cần được
trang bị thêm:
- Thiết bị điều chỉnh điện áp cho và tần số để điều chỉnh tình trang phân
chia tải (P, Q) cho các tổ máy;
- Thiết bị đo lường và bảo vệ cho từng máy và cho hệ thống.
* Các phương pháp kiểm tra các điều kiện hòa đồng bộ chính xác
Để kiểm tra các điều kiện hòa đồng bộ chính xác nêu trên và chọn thời
điểm đóng máy phát lên mạng ta có thể sử dụng các phương pháp sau:
- Hệ thống tắt đèn
- Hệ thống đèn quay
- Hệ thống đồng bộ kế
15


a.Công tác song song giữa các máy phát trong bảng điện chính mô phỏng
của Khoa Điện-Điện tử
*Hòa bằng tay:
Giả sử máy phát số 2 đang công tác trên lưới, máy phát số 1 là máy phát
cần hòa vào lưới.
Trước tiên ta khởi động tổ hợp D-G1(Diezel lai máy phát số 1). Quan sát
kiểm tra tần số máy phát 1 có bằng tần số lưới hay chưa, nếu chưa thì điều chỉnh
tăng giảm bằng cách điều chỉnh tăng giảm nhiên liệu động cơ servo(S17).
Ấn nút S45(PLC1-S15) làm rơ le SYD11 có điện đóng tất cả các tiếp điểm
SYD11(S15) lại gửi tín hiệu điện áp máy phát 1 và điện áp lưới vào bộ xử lý
SYN1(S15). Tại đây khối xử lý SYN1 sẽ kiểm tra xem điện áp máy phát 1 và
điện áp lưới có bằng nhau không. Nếu chưa bằng nhau thì điều chỉnh lại cho

bằng nhau. Khi điện áp máy phát 1 bằng điện áp lưới thì đóng tiếp điểm S1-S2
lại cấp điện cho rơ le SYD12. Rơ le SYD12 có điện sẽ đóng tiếp điểm
SYD12(S21) lại sẵn sàng cấp điện cho rơ le 152CX(S21) làm đóng ACB1 sẵn
sàng hòa máy phát 1 lên lưới. Để đóng ACB1 ta đưa công tắc BCS11 về vị trí
CLOSE(1-3) khi đó rơ le 152CX có điện làm tiếp điểm 152CX đóng lại . ACB1
đóng đưa máy phát 1 hòa vào lưới.
*Hòa tự động:
Sau khi kiểm tra điện áp trên lưới có tự động điều khiển hòa đồng bộ ( đèn
LCD báo tự động hòa đồng bộ sáng ) sau đó kiểm tra điều kiện hòa đồng bộ nếu
không đủ điều kiện sau 60s đèn LCD báo ACB không thể đóng sáng và đèn
reset lỗi sáng. Nếu điều kiện hòa đồng bộ đạt thì tiến hành đóng ACB, kiểm tra
nếu ACB không đóng, tiếp tục kiểm tra xem ACB đã đóng lần thứ 3 chưa, nếu
chưa thì quay lại kiểm tra điều kiện hòa đồng bộ, nếu rồi thì đèn báo ACB
không đóng sáng và đèn báo lỗi hệ thống cần được reset sáng dừng quá trình tự
động hòa đồng bộ đèn LCD báo tự động hòa đồng bộ tắt.

16


Nếu ACB đóng đèn báo ACB mở tắt, đèn báo ACB đóng sáng, LCD tiến
hành tự động kiểm tra nguồn, hệ thống tự động phân chia tải và tần số, đảm bảo
nguồn được cung cấp bởi 2 máy phát công tác song song.Kết thúc.
Tự động dừng hòa đồng bộ.
Ban đầu trên lưới đang có điện do các máy phát công tác song song ( đèn
báo máy phát đang chạy sáng, đèn báo ACB đóng sáng ), khi có tín hiệu điều
chỉnh ACB mở, trên màn hình LCD hiển thị cho người vận hành lựa chọn chế
độ điều khiển tự động hoặc bằng tay. Nếu lựa chọn điều khiển bằng tay thì mở
ACB và kết thúc, nếu lựa chọn điều khiển tự động thì trên màn hình LCD hiển
thị là điều khiển nguồn tự động hay bằng tay.
Khi chọn chế độ điều khiển nguồn bằng tay hoặc tự động nhưng chỉ có 1

máy phát đang công tác thì dừng quá trình này.
Khi chọn chế độ tự động, có các máy phát đang công tác song song thì hệ
thông bắt đầu phân chia tải ( đèn LCD báo tự động phân chia tải sáng ). Bây giờ
hệ thống vừa san tải của máy phát sẽ dừng sang máy phát chính vừa kiểm tra
công suất máy phát đang công tác song song.
Nếu hệ thống nhận thấy công suất của chúng cao thì dừng quá trình san tải
lại (đèn LCD báo san tải tắt ) và phân chia tải, điều chỉnh tần số của các máy
phát công tác song song.
Nếu hệ thống nhận thấy công suất của máy phát chính không cao ( sau khi
đã nhận hơn 90% tải của máy phát kia ) thì tiến hành mở ACB của máy phát phụ
ra khỏi lưới điện (sau khi máy phát này chỉ còn nhận 5% tải ). ACB lúc này đã
mở ( đèn báo ACB đóng tắt,đèn báo ACB mở sáng ), hệ thống tự động dừng quá
trình san tải ( đèn LCD báo tự động san tải tắt ) và điều chỉnh tần số của máy
phát vùa nhận toàn bộ tải.Kết thúc quá trình dừng hòa đồng bộ.

17


b.Phân chia tải giữa các máy phát công tác song song
*Phân chia tải bằng tay
Khi 2 máy phát đang công tác song song trên lưới.giả sử máy phát 1 nhận
nhiều tải hơn máy phát 2.Khi đó ta cân phân chia đều tải cho 2 máy phát để đảm
bảo máy 1 không bị quá tải.
Thực hiện như sau:Quan sát đồng hồ đo công suất W1,W2 sau khi hòa
đồng bộ.Điều chỉnh công tác GS11 và GS21 1 cách đồng thời như sau:máy phát
1 nhận nhiều tải hơn thì ta điều chỉnh GS11 về vị trí LOW còn GS21 về vị trí
RaISE (chính là điều chỉnh tăng giảm nhiên liệu vào động cơ servo)
Quá trình tăng giảm nhiên liệu vào động cơ servo như sau:: Đưa tay gạt
công tắc SW về vị trí RAISE(1-3). Tín hiệu từ SO1 qua 1-3 tới cấp điện cho rơ
le 115R để tăng nhiên liệu cho động cơ làm tăng tần số máy phát lên.

Muốn giảm tần số máy phát 1 ta thực hiện như sau: Đưa tay gạt công
tắc SW về vị trí LOWER(2-4). Khi đó tín hiệu nhận từ S01 qua 2-4 tới cấp
nguồn cho rơ le 115L để giảm nhiên liệu vào động cơ làm giảm tần số của máy
phát xuống.

18


CHƯƠNG II : ĐI SÂU XÂY DỰNG MẠCH KHỞI ĐỘNG
ĐỘNG CƠ PHỤC VỤ CÔNG TÁC THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM
1.1

Giới thiệu về mạch khởi động động cơ phục vụ công tác thực hành thí

nghiệm
Theo yêu cầu của sản phẩm , động cơ điện lúc làm việc thường phải khởi
động và dừng máy nhiều lần.Tùy theo tính chất của tải và tình hình của lưới mà
yêu cầu về khởi động với động cơ điện khác nhau.Có khi yêu cầu momen khởi
động dòng lớn,có khi cần phải hạn chế dòng khởi động và có khi cần cả
2.Những yêu cầu trên đòi hỏi phải có tính năng khởi động thích hợp.
Trong nhiều trường hợp do chọn phương pháp khởi động không
thích hợp nên thường gây nên những sự cố không mong muốn.
Nói chung khi khởi động một động cơ cần xét đến độ thích ứng với
đặc tính cơ của tải:
- Dòng điện khởi động càng nhỏ càng tốt
- Phải có momen khởi động đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải.
- Phương pháp khởi động và thiết bị phải đơn giản,rẻ tiền, chắc chắn
- Tổn hao công suất trong quá trình khởi động càng ít càng tốt.
Những yêu cầu trên thường gây ra mâu thuẫn cho nhau vì vậy căn cứ
vào điều kiện làm việc cụ thể mà chọn phương pháp khởi động thích hợp.

Với động cơ không đồng bộ hiện nay có các phương pháp khởi động
sau:
- Khởi động trực tiếp
- Khởi động bằng phương pháp hạ điện áp đặt vào Stator động cơ.
+

Phương pháp sử dụng cuộn kháng

+

Phương pháp khởi động sử dụng biến áp tự ngẫu.

- Phương pháp khởi động đổi nối sao-tam giác
Mạch khởi động cơ được thực hiện bởi các giảng viên Khoa Điện – Điện tử
trường Đại học Hàng Hải nhằm mục đích phục vụ công tác thực hành thí
nghiệm,giúp sinh viên nắm được cách đo đạt máy phát,nắm rõ các cách khởi
động động cơ. Hệ thống gồm có 4 tổ hợp mạch khởi động từ đơn, kép, mạch
đổi nối sao tam giác, sử dụng biến áp tự ngẫu.
Mạch khởi động từ đơn: Gồm có 1 Công tắc tơ, dùng để điều khiển đóng
cắt động cơ điện
19


Mạch khởi động từ kép : Gồm 2 Công tắc tơ, dùng để điều khiển đóng
cắt và đảo chiều động cơ điện
Mạch đổi nối sao - tam giác là một trong các biện pháp khởi động của động
cơ có công suất trung bình. Chỉ áp dụng được với động cơ hoạt động với sơ đồ
tam giác. Khi khởi động, động cơ được nối sao, lúc này điện áp trên mỗi cuộn
dây chỉ là U pha (220V với lưới điện hạ áp của Việt nam). Sau một khoảng thời
gian thì chuyển sang đấu tam giác, lúc này điện áp trên các cuộn dây là U dây.

Bằng cách này giúp cho dòng khởi động nhỏ xuống, nhưng có nhược điểm là
moment khởi động cũng giảm theo.
Mạch khởi động cơ sử dụng máy biến áp tự ngẫu: Nguyên lý của khởi
động qua biến áp tự ngẫu là khi khởi động thì cấp điện cho động cơ bằng MBA
tự ngẫu với 60.. 70..hoặc 80%.. điện áp nguồn sau đó cắt ra và đóng điện trực
tiếp với nguồn.
-Dùng biến áp tự ngẫu kinh tế hơn do loại này rẻ hơn loại thường rất nhiều,
mạch khống chế cũng đơn giản hơn nhiều.
1.2 Bố chí và giới thiệu các phần tử chính trong mạch khởi động động cơ
phục vụ công tác thực hành thí nghiệm.
1.2.1 Bố chí chung

20


25

40

35

25

30

AT

AT

K

K

Y

T

N

K

A

t

Rt

Rt
U1

U2

V1

V2

Rt

Rt

W1

W2

Y

1.2.2 Giới thiệu các phần tử
M : Động cơ
Thông số động cơ:
Hãng
:TAIYO ELECTRIC
Điện áp định mức : 220V
Dòng điện định mức : 3,6A
Công suốt định mức : 1KW
Tần số định mức
: 60HZ

21

U1

V1

W1

U2

V2

W2

V


a.
Mạch khởi động từ đơn
89
: Áp tô mát
A
: Am pe kế đo dòng điện
88F
: Công tác tơ xoay chiều F dùng điều khiển đóng , ngắt động cơ M
51
: Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải
F1
: Cầu chì bảo vệ ngắn mạc
WL
: Đèn trắng báo có nguồn
GLF : Đèn xanh báo động cơ chạy
Stop : Nút ấn dừng động cơ
Start : Nút ấn khởi động động cơ
b.Mạch khởi động từ kép
89:Áp tô mát
A
: Am pe kế đo dòng điện
88F
: Công tác tơ xoay chiều F dùng điều khiển đóng , ngắt động cơ M
88R : Công tắc tơ xoay chiều R dùng điều khiển đóng, ngắt,đảo chiều quay
động cơ M
51

: Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải
F1
: Cầu chì bảo vệ ngắn mạch
WL
: Đèn trắng báo có nguồn
GLF : Đèn xanh báo động cơ chạy
Stop : Nút ấn dừng động cơ
Start : Nút ấn khởi động động cơ
22