he thong dieu khien kich tu may phat nha may dien

Chương 1:
Giới thiệu về công nghệ sản xuất điện năng

1.1. Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất điện năng
Ngày nay năng lượng cung cấp cho dân dụng và công nghiệp chủ yếu
là điện năng, bởi vì điện năng là dạng năng lượng dễ vận chuyển, dễ sản xuất
và dễ chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác như quang năng, cơ năng,
hoá năng, nhiệt năng…
Điện năng là một dạng năng lượng đặc biệt do con người tạo ra và dễ
dàng sử dụng trong tự nhiên cũng tồn tại một số dạng năng lượng, tuy nhiên
chúng không sử dụng được.
Điện năng là được sản xuất bằng các chuyển các dạng năng lượng sơ
cấp như năng lượng dòng nước (thuỷ năng) nhiệt năng, năng lượng, sức gió,
năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân, năng lượng thuỷ triều, năng lượng
nhiệt của nước ngầm trong lòng đất,… thành năng lượng điện. Tuỳ vào loại
năng lượng sơ cấp mà người ta chia ra các loại nhà máy điện chính: nhà máy
thuỷ điện (NTĐ), nhà máy nhiệt điện (MNĐ), nhà máy điện nguyên tử
(NNT). Bảng dưới đây cho thấy tình hình tiêu thụ năng lượng sơ cấp ở một số
nước trên thế giới năm 1999.


Tiờu th nng lng s cp mt s nc (nm 1999)
Tiờu th nng
Trong
Khớ t
lng s cp, n v
Than
ú du
nhiờn
(%)
Tờn nc triu tn du tng

(%)
(%)
ng
M
250
40,0
24,6
25,2
Liờn Xụ (c)
908
20,0
18,9
53,1
Trung Quc
753
26,6
67,9
2,6
Nht Bn
507
51,0
10,0
13,2
c
331
40,0
24,4
21,8
ấn
276

34,3
54,3
7,7
Phỏp
252
38,2
5,6
13,4
Canaa
228
36,4
14,0
28,3
Anh
222
35,4
16,1
37,0
Ytalya
166
56,3
7,5
35,5
Ton th gii
8534
40,4
25,0
24,2

Ht

nhõn
(%)

Thu
nng
(%)

9,0
5,8
0,5
16,2
13,2
1,2
40,2
8,3
11,2
0
7,6

1,2
2,2
2,4
1,6
0,6
2,5
2,6
13,0
0,3
0,7
2,6

Vic sn xut v tiờu th nng lng in cng ỏnh giỏ tỡnh hỡnh phỏt
trin ca mt quc gia.
Ngoi t mt s nh mỏy in bin i trc tip nng lng s cp
thnh in nng (nh mỏy in s dng nng lng bc x mt tri )NMT),
cũn phn nhiu mỏy phỏt thi nay bin c nng thnh in nng qua trung
gian ca t trng. C nng c cung cp cho mỏy phỏt gi l sc kộo, sc
kộo ny dựng lm quay mỏy phỏt.
Do ú quỏ trỡnh sn xut in nng hin nay c mụ t nh trong hỡnh
v sau:
Cơ
năng
Nguồn
năng lợng

Turbine

Điện
năng
Máy

Bộ phận

phát

truyền tải

sơ cấp

Bộ

phận


kÝch tõ

Hình 1: Hệ sản xuất điện năng
* Nguồn năng lượng sơ cấp: là nguồn năng lượng có sẵn trong tự nhiên
như than, dầu, năng lượng dòng nước, năng lượng sức gió,… nguồn năng
lượng sơ cấp này dùng để là quay turbine được gắn cứng trục với máy phát do
đó sẽ làm quay máy phát và phát ra điện ở đầu cực máy phát. Ở nhà máy nhiệt
điện thì dùng than và dầu để đun nóng nước trong bao hơi, biến nước thành
hơi quá nhiệt và người ta dẫn luồn hơi quá nhiệt này vào cánh tuabine làm
quay turbine. Ở nhà máy điện nguyên tử thì về nguyên lý giống nhà máy nhiệt
điện, tuy nhiên không dùng than và dầu để đun nước mà người ta dùng năng
lượng nguyên tử để đun nước. Còn ở nhà máy thuỷ điện thì người ta lại lợi
dụng thế năng nguồn nước để tạo ra dóng chảy turbine, năng lượng chảy của
nước làm quay cánh turbine. Muốn vậy phải đắp đập chắn nước để tạo nguồn
thế năng nước, sau đó người ta thảo nước một cách chủ động để dòng nước
chảy qua cánh turbine làm cho turbine quay.
* Turbine: là bộ phận biến năng lượng sơ cấp thành cơ năng trên trục
quay turbine. Do trục quay turbine nối với trục máy phát nên làm quay roto
máy phát để phát ra điện.
* Máy phát: là bộ phận trực tiếp sản xuất điện, có nhiệm vụ biến cơ
năng từ turbine thành điện năng ở đầu cực máy phát. Hiện nay máy ophát


dùng trong các nhà máy điện là máy phát đồng bộ, nghĩa là sức điện động do
máy phát phát ra phụ thuộc vào hai yếu tố, tốc độ quay của máy phát và từ
trường kích từ của máy phát. Bộ phận kích thích có nhiệm vụ tạo ra từ trường
một chiều trên cuộn dây kích thích của máy điện đồng bộ và khi có sự chuyển

động tương đối giữa từ trường kích thích và các vòng dây phần ứng thì sẽ sinh
ra trong cuộn dây phần ứng một sức điện động cảm ứng, và do đó tạo ra ở đầu
cực máy phát một điện áp ra của máy phát.
* Bé phận truyền tải điện: có nhiệm vụ vận chuyển điện năng phát ra từ
đầu cực máy phát tới nơi tiêu thô. Ở Việt Nam hiện nay điện năng phát ra từ
các nhà máy điện quốc gia được hoà vào lưới điện quốc gia 500kV.
1.1.1. Các loại nhà máy điện
1.1.1.1. Nhà máy nhiệt điện
Sử dụng nhiệt năng thoát ra khi đốt các nhiên liệu hữu cơ (than, dầu
khí,…) thành điện năng. Hiện nay trên thế giới khoảng 70% điện năng được
sản xuất ra từ các nhà máy nhiệt điện. Ở Việt Nam hiện nay nhà máy nhiệt
điện đốt than lớn nhất là Phả Lại 1 và 2 với tổng công suất 1040MW. Trong
tương lai sẽ mở rộng nhà máy Phú Mỹ 1 và 2 với tổng công suất 1000MW.
Trong tương lại sẽ mở rộng máy máy Phú Mỹ và đặt thêm một số nhà máy
nhiệt điện chạy khí ở khu vực này. Ngoài ra còn có nhiều nhà máy nhiệt điện
nhỏ và đang xây dựng một số nhà máy lớn ở Hà Tĩnh, Quảng Ninh, Hải
Phòng với công suất mỗi nhà máy là 1200MW. Tuy nhiên với giá nhiên liệu
lên cao như hiện nay thì việc sản xuất điện bằng nhà máy nhiệt diện là tương
đối đặt, 2
và gây ô nhiễm môi trường do có khí thái. Than, dâu và hơi đốit còn
có thêm nhược điểm là không tự phục hồi được.
3

9
Quy1 trình sản xuất điện của nhà máy nhiệt điện thể hiện trong
~ 8hình vẽ

dưới đây.

6

7

4
5


Hình 2: Sơ đồ khí chức năng quá trình sản xuất điện ở nhà máy nhiệt điện

Trong đó
1. Lò hơi 6. Bình khử khí

6. B×nh khö khÝ

2. Bộ quá nhiệt 7. Bơm nước cấp

7. B¬m níc cÊp

3. Tuabine8. Máy phát điện

8. M¸y ph¸t ®iÖn

4. Bình ngưng9. Khớp nối

9. Khíp nèi

5. Bơm ngưng
Hơi sinh ra ở lò hơi là hơi bão hoà, được dẫn và bộ quá trình biến thành
hơi qúa nhiệt. Hơi quá nhiệt được dẫn vào tuabin dãn nở làm quay tuabin
được tuabin được nối với roto máy phát đồng bộ qua khớp nối. Roto quay sẽ
sinh ra điện ở cực máy phát. Hơi sau khi qua tuabin được dẫn vào bình ngưng

tụ sau đó được dẫn qua bình khử khí rồi được bơm nước cấp đưa trở lại lò
hơi.


Nh vậy ở đây nước chỉ là môi chất trung gian, còn năng lượng biến đổi
chính là năng lượng than ở đầu vào để biến thành điện năng ở đầu ra.
1.1.1.2. Nhà máy điện nguyên tử
Hiện nay nhà máy điện nguyên tử đang phát triển mạnh trên thế giới,
đó là loại máy sử dụng năng lượng phân rã hạt nhân nguyên tử để biến thành
điện năng. Tính đến năm 2000 trên thế giới đã có 432 là phản ứng hạt nhân
phục vụ sản xuất điện với tổng công suất 362 triệu kW, sản xuất khoảng 17%
lượng điện toàn thế giới. Năng lượng hạt nhân là một nguồn năng lượng tuyệt
diệu, nhà máy điện hạt nhân có kích thước nhỏ, không gây ô nhiễm khí
quyền, nguyên liệu rẻ. Tuy nhiên nhà máy điện hạt nhất rất đắt vì hệ thống an
toàn phức tạp, phí tổn đào tạo nhân công cao.
Quy trình sản xuất điện ở nhà máy điện nguyên tử gần giống với nhà
máy nhiệt điện, có hình dạng như hình 3:

1
1a

3

1b

9

6
7

4
5

Hình 3: Sơ đồ khối chức năng quá trình sản xuất điện ở
nhà máy điện nguyên tử

~

8


Trong đó: Lò hơi của nhà máy nhiệt điện được thay bằng nhà lò (1)
gồm là phản ứng hạt nhân (1a) và bình sinh hơi (1b). Tuabin của nhà máy
điện nguyên tử thường làm việc ở vùng bão hoà nên không cần bộ quá nhiệt.
1.1.1.3. Nhà máy thuỷ điện
Là loại nhà máy điện sử dụng thế năng dòng nước. Nó sản xuất khoảng
15% năng lượng điện toàn thế giới, nước có lẽ là nguồn năng lượng sơ cấp tốt
nhất, vì không gây ô nhiễm, không mất tiền mua, và có thể tự hồi phục được
khi có mưa. Tuy NTĐ đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu lớn do phải xây dựng
các đập cao, nhưng chi phí vận hành nhỏ nên giá thành điện năng là nhỏ nhất
ngoài giá trị sản xuát điện ra NTĐ còn có ý nghĩa lớn trong vấn đề thuỷ lợi,
chống lũ… Tuy nhiên việc phát triển thêm NTĐ cũng dần bị hạn chế bởi
nhiều nơi trên thế giới các nguồn nước hầu nh đã được sử dụng hết. Ở Việt
Nam do đặc điểm có nhiều sông suối nên rất thuận lợi trong vấn đề phát triển
thuỷ điện, và hiện nay NTĐ lớn nhất là Hoà Bình với công suất 1920MW, tiếp
theo là Yaly (700mW). Hiện nay đang xây dưng các nhà máy lớn nh Sơn La,
Sông Gâm, Bản Mai. Các nhà máy vừa và nhỏ được khuyến khích xây dựng ở
miền Bắc và miền Trung.
Quy trình sản xuất điện năng ở nhà máy thuỷ điện đơn giản hơn nhà
máy nhiệt điện và điện nguyên tử, nó không theo chu trình kín như hai nhà

máy nói trên. Nước sau khi qua tuabin được trả trở lại tự nhiên.
Ngoài ba loại nhà máy điện chính kể trên còn có các loại nhà máy điện
sau: nhà máy phong điện có công suất vài megaoat, nhà máy điện mặt trời,
nhà máy điện sử dụng năng lượng thuỷ triều có công suất hàng trăm
mêgaoats, nhà máy điện địa nhiệt và người ta cũng đang chuẩn bị xây dựng
các nhà máy điện nhiệt lạnh dùa trên cơ sở tổng hợp hạt nhân.


1.2. Máy phát điện đồng bộ
Máy phát điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, phạm
vi sử dụng chính là biến đổi cơ năng thành điện năng, nghĩa là làm máy phát
điện ba pha để dùng trong nền kinh tế quốc dân và trong đời sống. Điện năng
được sản xuất từ các máy phát điện quay bằng tuabin hơn, tuabin khí hoặc
tuabin nước. Ngoài ra máy phát điện còn được kéo bởi các động cơ sơ cấp
khác như động cơ điêzen động cơ đốt trong cho các máy phát công suất vừa
và nhỏ nhằm phục vụ cho các tải địa phương, các nguồn dự phòng, các xí
nghiệp công nghiệp nhỏ…
1.2.1. Định nghĩa
Máy phát điện đồng bộ ba pha là máy có tốc độ quay của rôto bằng tốc
độ của từ trường quay stato
n = n1 =

(vòng/phút)

Trong đó
- P là số đôi cực
- n là tốc độ quay của rôto
- f là tần số có đơn vị là Hz
- n1 là tốc độ quay của từ trường
Khi tuabin quay sẽ kéo rôto của máy phát quay theo và cảm ứng của

đầu cực máy phát điện xoay chiều một sức điện động là:
E = 4 .44 . Kqd . f . W . φ đm
Trong đó:
Kdq: là hệ số dây quấn;


W : Sè vòng dây của một cuộn dây pha
φ dm: từ thông cực đạ dưới một cực của cực từ
1.2.2. Cấu tạo và nguyên lý cơ bản
a. Cấu tạo
• Phần tĩnh
Phần tĩnh là ba cuộn dây ba pha AX, BY, CZ đặt lệch nhau trong không
gian 120 độ
• Phần quay: là nam châm điện một chiều có một hoặc một số đôi cực
kích thích bằng dòng một chiều.

Hình 1.1. Cấu tạo của máy điện đồng bộ
b. Nguyên lý
Máy phát điện (G) được quay bởi tuabin (T)
T cung cấp cơ năng máy phát điện G thể hiện bằng mômen cơ MCO. G
nhận MCO và biến thành mômen điện Mđiện.


M dien
T

G
MCO n

Hình 1.2: Tổ hợp máy phát tuabin

Máy phát điện có vận tốc n = ndb = const, tổng mômen tác dụng lên trục
máy phát là:
MCO + Mđiện = 0
Hay M

MCO = - Mđiện

Dấu trừ ở đây thể hiện sự ngược chiều của hai mômen M CO và Mđiện
nghĩa là Mđiện mang tính hãm.
Ta có:
Mđiện =
Trong đó P là công suất điện
Vậy Pđiện đặc trưng cho Mđiện và khi máy phát điện có mômen điện
mang tính hãm tức là máy phát điện ra P khi làm việc bình thường, máy phát


điện phát ra năng lượng hữu Ých, nên công suát phát được coi là những số
dương.
Khi khép mạch cuộn dây AX, BY, CZ qua tải đối xứng Z A = ZB = ZC
trong cuộn dây AX, BY, CZ có dòng IA, IB, IC lệch pha nhau về thời gian 1200
điện vì AX, BY, CZ đặt lệch nhau trong không gian 120độ còn I A, IB, IC là từ
trường quay với vận tốc ωφ = ωđiện.
Vì tốc độ rôto ωR = ωđb nên từ trường sinh ra ở stato không quét rôto,
do đó trong đó rôto không có dòng cảm ứng mà chỉ có dòng kích thích một
chiều.
Trong chế độ làm việc bình thường máy phát điện làm việc đối xứng,
tức là dòng lệch pha nhau 1200 với các môđun IA, IB, IC.
Nếu lấy IA làm gốc thì ta có hệ dòng đối xứng nh sau:
IA
IB = a2 . IA (11)

(11)

IC = a . IA
Với a = eγ 120
Tương tù nh vậy ta cũng có một hệ áp đối xứng khi lấy uA làm gốc
UA
UB = a2 . UA
1.2.3. Kết cấu và đặc điểm
a. Máy phát điện cực Èn
Máy phát điện cực Èn quay nhanh, tức là có n db lớn do đó kích thước
máy gọn nhẹ tiêu hao nguyên liệu trên một đơn vị công suất nhỏ. Do quay


nhanh lực ly tâm của rôto khi quay rất lớn nên rôtô phải bền nên rôto thường
gia công bằng rèn liền khối
Đường kính rôto phải nhỏ thường kháng lớn hơn 1,1 ÷ 1,5m để giảm
quán tính
Để tăng công suất của máy phát ta tăng chiều dài tối đa của rôto (có
thể đến 6,5m)
Các máy phát điện cực Èn được chế tạo với số cực zp = 2 nên tốc độ sẽ
là:
n=

= 3000 (vòng/phút) (1.3)

(1.3)

Hình 1.4: Mặt cắt ngang trục lõi thép rôto
Dây dẫn kích từ mặt trong rãnh rôto được chế tạo từ dây đồng trần, tiết

diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành các bối dây đồng tâm. Các vòng
dây cuấn bối dây này được cách diện với nhau bằng một líp mica mỏng. Dây
quấn kích từ nằm trong rãnh được cố định và Ðp chặt bằng nối ở ngoài rãnh
dược đai chặt bằng các ống trụ thép phi từ điện gây ra. Hai đầu của dân quấn
kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vành trượt đặt ở đầu trục thông qua


hai chổi điện, nối với dòng kích từ một chiều. Dòng điện kích từ một chiều
thường được cung cấp bởi một máy phát điện một chiều hoặc xoay chiều
được chỉnh lưu (có hoặc không có vành trượt), nối khung trục với máy phát
điện.
Stato của máy phát điện ba pha cực Èn bao gồm lõi thiếp. Trong có đặt
dây quấn ba pha, ngoài là thân và vỏ máy. Lõi thép stato được ghép và Ðp
bằng các tấm tôn silic dày 0,5 (mm) khoảng 3 (cm) đến 6 (cm) lại có một rãnh
thông gió ngang trục, rộng 10 (mm). Lõi thép stato được đặt cố định trong
thân máy. Các máy có công suất trung bình và lớn, thân máy được chế tạo
theo kết cấu cực Èn được sử dụng cho các máy phát điện của nhà máy nhiệt
điện với ưu điểm là kết cấu nhỏ gọn, chắc chắn phù hợp với tốc độ cao.
b. Máy phát điện cực lồi
Máy cực lồi được chế tạo cho các máy phát điện có tốc độ quay thấp,
nên tỷ lệ chiều dài, đường kính rôto thường là: L/D = 0,15 – 0,2. Rôto của
máy phát điện cực lồi công suất nhỏ và trung bình có lõi thép được chế tạo
bằng thép đúc và gia công thanh khối hình trụ trên mặt có đặt cực từ. Với các
máy lớn, lõi thép được chế tạo từ các tấm thép dày 1 – 6mm dập hoặc đúc
định hình sẵn để ghép thành các khối lăng trụ. Cực từ đặt trên lõi thép rôtor
được ghép bằng những là thép day 1 – 1,5mm
Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần thiết diện chữ nhất
quấn theo chiều mỏng thành từng cuộn dây. Cách điện giữa các vòng dây là
các líp mica hoặc amiang. Sau khi gia công, các cuộn dây được lồng vào các
thân cực

Dây quấn cản của máy phát điện được đặt ở trên các đầu cực có cấu tạo
như dây quấn kiểu lồng sóc của máy phát điện không đồng bộ, nghĩa là làm


bằng các thanh đồng đặt vào rãnh các đầu cực và hai đầu nối với hai vành
ngắn mạch

Hình 1.6: Cực từ của máy đồng bộ cực lồi
1. Lá tiếp cực từ; 2. Dây quấn kích thích

2. D©y quÊn kÝch thÝch

3. đuổi hình T; 4. nêm; 5. Lõi thép rôto
Stato của MFĐ cực lồi có cấu tạo nh ở MFĐ cực Èn. Để đảm bảo vận
hành ổn định, ngoài các yêu cầu chặt chẽ đối với kết cấu về điện. Các kết cấu
về cơ học và hệ thống làm mát cũng được thiết kế tạo phù hợp tương thích với
từng loại MFĐ, đáp ứng được môi trường và chế độ làm việc. MFĐ có công
suất nhỏ làm mát bằng gió, có các khoang không gió làm mạt được thiết kế
chế tạo nằm giữa vỏ máy và lõi thép stato. Đầu trục của máy được gắn một
cách quạt gió để khi quay không khí được thổi qua các khoang thông gió này.
Vá máy ngoài ra cũng được chế tạo với các sống gân hoặc cánh toả nhiệ
nhằm làm tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cho máy. Phổ biến nhất là các
MFĐ được làm mát bằng nước hoặc bằng khí và được áp dụng cho các máy
có công suất từ vài chục kW trở lên. Với MFĐ công suất lớn (có đường kính


roto lớn 1m) người ta chia lá tôn ra nhiều mảnh gọi là sec măng để dập, sau
đó ghép lại
Sec măng cách điện
Sec măng Ðp ở hai đầu

Sec măng chính để tạo thành lõi sắt dẫn từ
Sec măng thông gió để tạo thành các rãnh thông giã
Trục của MFĐ có thể đặt nằm ngang nh các máy công suất nhỏ với các
máy tuabin nước công suất lớn, tốc độ chậm, trục của máy đặt thẳng đứng
1.2.4. Phương trình của máy điện đồng bộ
a. Phương trình của máy phát điện đồng bộ cực Èn
U = E – R . I – j . xdbI(1.4)
Với x

(1.4)

xdb = xσ + xu

- xσ là kháng tản (xt)
- xu điện kháng phần ứng (điện kháng chính của máy)
- R điện trở dây quấn pha stato
Phương trình mạch rôto
Ikt =

(1.5)

(1.5)

b. Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi khi khảo sát
máy đồng bộ cực lồi phải phân tích dòng điện thành hai thành phần: thành
phần dọc trục (Id) thành phần ngang trục (Iq)
Iq = I . cosψ
Iđ = I . sin ψ

(1.6)

Với ψ - là góc lệch pha giữa E0 và I (00 < 4 < 900)
U = E0 – R . I – j (xσ + xud) . Id – j (xσ + xuq) . Iq (1.7)

(1.7)

Với I = Iσ + Iq
Suy ra
U = E0 – R . I – j . xd . Id – j xq . Iq
Trong đó
xd = xσ + xud - điện kháng dọc trục
xq = xσ + xua - điện kháng ngang trục
và xq = (0,5 – 0,6) . xđ’
1.2.4. Các đặc tính của máy phát điện đồng bé
Chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ ở tải đối xứng được thể
hiện rõ ràng của các đại lượng như điện áp U dòng điện I trong dây quấn phần
ứng dòng điện kích từ ikt, hệ số công suất corϕ, tần số f hoặc tốc độ quay n.
Trừ tần số luôn giữ f = fdm và corϕ = corst do tải bên ngoài quyết định, từ các
đại lượng U, I, i có thể thành lập được các đặc tính sau đây của máy phát
đồng bé.
1. Đặc tính không tải U = E0 = f(ikt), khi I = 0; f = fđm
2. Đặc tính ngắn mạch In = F(it) khi u = 0; f = fdm
3. Đặc tính ngoài u = F(I) khi It = const; corϕ = const F = Fđm
4. Đặc tính điều chỉnh it = f(I) khi U = const, corϕ = corst; f = fđm
5. Đặc tính tải U = F(it) khi I = const, corϕ = const; f = fdm


Từ các đặc tính trên có thể suy ra các tính chất quan trọng của máy nh
tỷ số ngắn mạch k, độ thay đổi điện áp ∆U và các tham sè Xd, Xa, XUσ

Ta có thể dùng sơ đồ thí nghiệm nh hình 1,8 để xác định các đặc tính
của máy phát
W

+
V

MF§

VRt

A

A
Z

V
A

V
W

A

Hình: Sơ đồ đấu dây xác định đặc tính của máy phát điện đồng bộ
a. Đặc tính không tải
Đặc tính không tải là quan hệ E0 = U0 = f(it) khi I = 0 và f = fdm

E®

1
0,75
0,5
0,25
0

1

2

3

Z
Z


Hình 1.9: Đặc tính không tải của máy phát tuabin hơi (1)
và máy phát tuabin nước (2)
Đặc tính không tải là quan hệ giữa sức điện động cảm ứng E ở cuộn
dây stato với dòng điện kích từ khi dòng điện tải bằng không trong hệ đơn vị
tương đối
E* =

và

Trong đó: itdmo là dòng điện kích từ không tải khi U = Uđm
Chó ý rằng mạch từ của MFĐ tuabin hơi bão hoà hơn mạch từ của máy
phát điện tuabin nước khi E0 = uđm = E = 1, đối với máy phát tuabin hơn k rd =
Kr = 1,2 còn đối với máy phát tuabin nước khi ku = 1,06
b. Đặc tính ngắn mạch và tỷ số ngắn mạch k

Đặc tính ngắn mạch là quan hệ
In = f (it) khi U = 0; f = fđm (khi đó dây quấn phần ứng nối tắt ở đầu cực
máy)
E0

X«u
E0

jXdI

Xud

jIxd
jX¬I

I
a

b

Hình 1.10: Đồ thị vectơ và mạch điện thay thế máy phát đồng bộ lúc
ngắn mạch


Nếu bá qua điện trở của dây quấn phần ứng (v u = 0) thì mạch điện dây
quấn phần mạch lức là thuần cảm (ψ = 900) nh vậy Iq = cosψ = 0Id = I . sin ψ
= 1 và đồ thị của các máy phát đện lúc đó nh trên hình (1.10) theo biểu thức
(1.8) ta có:
E = jI x d
Mạch điện thay thế của máy có dạng nh hình 1.10b

Lúc ngắn mạch phản ứng là khử từ. Mạch từ của máy không bão hoà vì
từ thông khe hỏ không khí φσ cần thiết để sinh ra Eδ = Eo – I . xud = I . xou rất nhá
Nh vậy quan hệ I = f(il) là đường thẳng nh hình 1.11

I

I = f(it)

0

t

Hình 1.11 Đặc tính ngắn mạch
Tỷ số ngắn mạch không theo định nghĩa là tỷ số giữa dòng điện ngắn
mạch Ino ứng với dòng điện kích thích sinh ra suất điện động E 0 = uđm khi
U.I
K=
không tải với dòng điện định mức Iđm nghĩa là:
U = f(it)
Udm
B'
A'

I®m

In0
0

A
if0

I = f(it)

B
ifn

It


Hình 1.12: Xác định tỷ số ngắn mạch k
Theo định nghĩa đó từ hình 1.12 ta có
Ino =

(1.11)

(1.11)

Trong đó: xd trị số của điện kháng đồng bộ dọc trục cùng với E0 = Udm
Thay trị số Ino theo (1.11) vào (1.10) ta có:
K=
Thường xd* > 1 do đó K < 1 và dòng điện ngắn mạch xác lập In < Iđm. Vì
vậy kết luận dòng điện ngắn mạch xác lập của máy phát điện đồng bộ không
lớn. Sở dĩ nh vậy là do tác dụng khử tử rất mạnh của phần ứng. Từ hình 1.12
dùa vào tam giác đồng dạng biểu diễn tỷ số ngắn mạch k như sau:
K=

(1.12)

Trong đó iro là dòng điện kích thích khi không tải lúc U0 = Uđm; iin là
dòng kích thích lúc ngắn mạch khi I = Idm

Matý với k lớn có ưu điểm cho độ điện thay đổi điện áp ∆U nhỏ và theo
biểu thức (1.13) sinh ra công suất điện từ lớn khiến cho máy làm việc ổn định
khi tải dao động:


Id =

Iq =

(1.13)

K = 0,8 – 1,8 với máy tuabin nước
K = 0,5 – 1,0 vói máy phát tuabin hơi
C. Đặc tính và độ thay đổi điện áp ∆Udm của máy phát đồng bộ
Đặc tính ngoài là quan hệ U = f(I) khi it = const; cos ϕ = const; f = fdm

U
cosϕ = 0,8 (®iÖn dung)
Udm

0

∆Udm
cosϕ = 1
cosϕ = 0,8 (®iÖn c¶m)

Idm

I

Hình 1.13: Đặc tính ngoài của máy phát điện

Đặc tính ngoài phụ thuộc vào tính chất của tải, có tính cảm khi I tăng,
phản ứng khử từ của phần ứng tăng, điện áp giảm theo đường biểu diễn đi
xuống. Ngược lại tải có tính dung khi I tăng, phản ứng phần ứng là trợ từ,
điện áp tăng và đường biểu diễn đi lên.


Độ thay đổi điện áp định mức ∆Uđm là sự thay đổi điện áp khi tải thay
đổi từ định mức corϕdm đến không tải, trong điều kiện không thay đổi dòng
kích thích.
∆Udm % =

.100

d. Đặc tính điều chỉnh
Đặc tính điều chỉnh là quan hệ it = f(I) khi u = corst; corϕ = const; f =
fdm. Nã cho biết hướng điều chỉnh dòng i của MFSS bộ để giữ điện áp u =
const.

cosϕ = 0,8 (®iÖn
c¶m)
cosϕ = 1
cosϕ = 0,8 (®iÖn
dung)
it0

0

I

I

Hình 1.14: Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bé

Ta thấy với tải cảm khi I tăng, tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng
tăng làm cho U bị giảm. Để giữ cho U không đổi phải tăng dòng điện từ hoá
it, ngược lại ở tải điện dung khi I tăng, muốn giữ U không đổi phải giảm i t


thông thường corϕdm = 0,8 (thuần cảm) nên từ không tải (U = U đm. I = 0) đến
tải định mức (U = Uđm; I = Iđm phải tăng dòng điện từ hoá it trong khoảng 1,7
÷ 2,2 lần.
e. Đặc tính tải
Đặc tính tải là quan hệ U = f(i t0 khi I = const; corϕ = const; f = fdm với
các trj só khác nhau của I và corϕ sẽ có các đặc tính tải khác nhau, trong đó có
ý nghía nhất là đặc tính tải thuần cảm ứng với corϕ = 0 và I = Idm
E0

Hình 1.15: Đồ thị vectơ suất điện động

jXudI
-jXδuI

Eδ

U.I

M
I = Idm

A'

2

O' B'
C'

1
Idm
XδIdm

0 Kdfd C

Q

P

it

Hình 1.16: Xác định đặc tính tải thuần cảm từ đặc tính không tải và
tam giác điện kháng


Đặc tính tải thuần cảm có thể suy ra được từ đặc tính không tải và tam
giác điện kháng.
Từ đặc tính ngắn mạch (được 2) để có trị số I n = Idm dòng điện kích
thích irn sức từ động của cực từ F tn = itn = 0C. Khi máy làm việc ở chế độ ngắn
mạch sức từ động của cực từ Ftn = 0C gồm hai phần: một phần để khắc phục
phản ứng khử từ của phần ứng.

BC = Kưd Fưd sinh ra Eưd phần còn lại OB = OC – BC sẽ sinh ra xuất
điện động tản từ Fσs = Idm Xσư = AB
(A nằm trên đoạn thẳng của đặc tính không tải được I vì lúc đó mạch từ
không bão hoà)
Tam giác ABC được hình thành như trên được gọi là tam giác điện
kháng các cạnh BC và AB của tam giác tỷ lệ với dòng tải định mức Iđm .
Đem tịnh tiến tam giác điện kháng ABC sao cho điểm A tựa trên đặc
tính không tải C sẽ vẽ thành đặc tính thuần cảm (đương 3). Nếu các cạnh của
tam giác điện kháng được vẽ tỷ lệ với dòng điện tải I = I đm thì đặc tính tải
thuần cảm U = f(it) là ứng với Iđm. Thực tế do ảnh hưởng của bão hoà đặc tính
tải thuần cảm có dạng đường nét đứt. Nguyên nhân là do sự khắc phục phản
ứng khử từ của phần ứng.


Chương 2: Khảo sát thiết kế hệ thống điều khiển kích từ máy phát nhà
máy thủy điện Hòa Bình
I. Nhiệm vô tù động hóa và điều chỉnh hệ thống điện

1. Đặc điểm của việc điều khiển hệ thống điện
Các hệ thống điện hiện đại mang đầy đủ những đặc thù của hệ thống
lớn, trong đó có: tính rộng lớn, trong đó có: tính rộng lớn về phương diện lãnh
thổ, phức tạp về cấu trúc, đa mục tiêu, chịu ảnh hưởng mạnh của sự bất định
về thông tin, quá trình sản xuất truyển tải, phân phối và sử dụng điện năng
xảy ra trong thời gian thực. Sự thay đổi chế độ l Volvo của một phần tử nào
dó đều có thể ảnh hưởng đến các phần tử khác trong hệ thống.
Các phần tử cấu thành của hệ thống lớn này liên hệ rất chặt chẽ với
nhau về cấu trúc, về quan hệ năng lượng và quan hệ thông tin, điều khiển.
Cấu trúc của hệ thống con, một hệ thống con gồm nhiều đối tượng, phần tử
v.v...
Hệ thống điện hoạt động theo những quy luật xác định, tại mỗi thời

điểm hệ thống ở một trạng thái xác định với một tập hợp tương ứng các trạng
thái của các phần tử trong hệ thống. Số lượng các phần tử trong hệ thống điện
thường rất lớn, kéo theo số trạng thái có thể phân biệt được của hệ thống cũng
rất lớn. Vì vậy để thực hiện việc điều khiển người ta thường sử dụng phương
pháp chia cắt hệ thống lớn ra thành nhiều hệ thống con. Việc chia cắt có thể
thực hiện linh hoạt theo lãnh thổ, theo cấp điện áp hoặc theo nhiệm vụ điều
khiển (công suất tác dụng, công suất phản kháng, điện áp, tần số v.v...). Việc
điều khiển chế độ làm việc bình thường cũng như xử lý các tình huống sự cố
và sau sự cố được thực hiện bằng mạng lưới điều đọ hệ thống điện. Các đơn
vị điều độ được phân cấp (quốc gia, khu vực, địa phương) liên hệ giữa các cấp
điều độ được thực hiện bằng hệ thống thông tin điện lực, mỗi cấp điều khiển