Nghiên cứu, thiết kế hệ thống phát dẫn điện trên tàu thuỷ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
*********♦*********

ĐỖ MINH HẢI

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÁT - DẪN
ĐIỆN TRÊN TÀU THUỶ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ DỘNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Nguyễn Văn Hoà

HÀ NỘI 2008


PHẦN 1
TRẠM PHÁT ĐIỆN TẦU THUỶ
1.1 ĐỘNG CƠ LAI DIESEL
1.1.1 Đặc điểm và những thông số động cơ lai Diesel
Trên tầu thuỷ người ta thường sử dụng động cơ truyền động cho máy
phát chính là loại động cơ Diesel. Việc sử dụng loại động cơ đốt trong chiếm
tỷ lệ cao như vậy bởi tính ưu việt của chúng:
Hiệu suất có ích cao, đối với động cơ Diesel hiện đại hiệu suất có ích
có thể đạt 40 – 45 % trong khi đó hiệu suất của thiết bị động lực tua bin hơi
chỉ đạt 22 – 28 %, của thiết bị máy hơi nước không quá 16 %, của thiết bị
tua bin khí chỉ khoảng 30%
Nếu hai động cơ đốt trong và đốt ngồi cùng cơng suất thì động cơ đốt
trong gọn và nhẹ hơn nhiều (vì khơng cần các thiết bị phụ khác như động cơ

đốt ngoài như nồi hơi buồng cháy, máy nén, thiết bị ngưng hơi…)
Tính có động cao, khởi động nhanh và luôn ở trạng thái sẵn sàng khởi
động, có thể điều chỉnh kịp thời theo phụ tải.
Dễ tự động hố và điều khiển từ xa.
Ít gây nguy hiểm cho người vận hành (ít có khả năng gây hoả hoạn và
nổ vỡ thiết bị)
Nhiệt độ xung quanh tương đối thấp tạo điều kiện tốt cho thợ máy làm
việc.
Không tốn nhiên liệu khi dừng động cơ
Không cần nhiều người vận hành sửa chữa
Hiện nay, động cơ Diesel lai máy phát được chế tạo với kết cấu nhỏ
gọn nhưng vẫn đảm bảo công suất làm việc ũng như điều kiện làm việc, điều
1
ĐỖ MINH HẢI


này có được do sự tiến bộ về cơng nghệ gia công kim loại. Để nâng cao công
suất của động cơ, ngày nay trên tầu thuỷ sử dụng động cơ tăng áp, lượng
khơng khí cưỡng bức vào xi lanh động cơ trong quá trình nạp, tương ứng với
việc tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình. Trong các động cơ tăng
áp, người ta áp dụng các phương pháp có thể tăng áp suất khơng khí nạp và
giảm nhiệt độ khơng khí nạp.
Nhằm mục đích kéo dài tuổi cơng tác cho động cơ, hệ thống bôi trơn
và hệ thống làm mát đang từng bước cải tiến, đặc biệt với hệ thống bơi trơn
ngồi hai phương pháp bơi trơn tuần hồn cưỡng bức áp suất thấp và bôi
trơn áp suất cao thì trên một số động cơ Diesel tầu thuỷ hiện đại người ta
cịn trang bị hệ thống bơi trơn xi lanh phù hợp với phụ tải của động cơ và
làm việc với áp suất khơng lớn lắm. Điều đó hạn chế được lượng dầu thừa ở
chế độ phụ tải nhỏ nên hạn chế được sự cháy và sự hình thành cốc ở rãnh
xéc măng, đỉnh piston.

Bên cạnh những thành tựu đã đạt được trong những vấn đề trên, một
loạt những vấn đề khác cũng đang được quan tâm và cũng đạt được những
thành tựu đáng kể như: vấn đề làm giảm ô nhiễm môi trường, vấn đề điều
khiển, bảo vệ tự động kiểm tra. Trong đó vấn đề điều khiển đã đạt được
những bước đột phá lớn nhờ sự tiến bộ vượt bậc của ngành điện tử, tin học.
1.1.1.1 Động có Diesel bao gồm các chi tiết sau:
a, Các chi tiết cố định của động cơ Diesel
Bệ máy
Xi lanh
Nắp xi lanh

2
ĐỖ MINH HẢI


Những phần này liên kết chặt chẽ với nhau thành một khối thống nhất cứng
vững, là điểm tựa cho động cơ hoạt động. Phần tĩnh chiếm khoảng 70%
trọng lượng động cơ.
b, Các chi tiết phần động của động cơ Diesel
Piston
Xec măng
Biên
Trục khuỷu và bánh đà
c, Các hệ thống phục vụ cho Diesel
Hệ thống phân phối khí
Hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hệ thống làm mát
Hệ thống xoa trơn
Hệ thống khởi động, đảo chiều
Hệ thống tăng áp (với loại động cơ có tăng áp)

1.1.1.2 Những thông số của Diesel
Diesel cũng như các máy khác. Bao giờ khi xuất xưởng các nhà chế
tạo cũng cung cấp cho người sử dụng các đại lượng và thơng số danh định.
Nhằm mục đích giúp người sử dụng thuận tiện kiểm tra tình trạng của máy
trong quá trình vận hành và khai thác. Các thơng số định mức của Diesel:
+ Công suất định mức của động cơ
+ Tốc độ quay định mức của động cơ
+ Số xi lanh
+ Nhiên liệu: dầu nhẹ DO
+ Nhiệt độ nước làm mát
+ Áp suất dầu bôi trơn
3
ĐỖ MINH HẢI


1.1.2 Khởi động động cơ Diesel
1.1.2.1 Phương thức khởi động Diesel
Trên tầu thuỷ để khởi động Diesel người ta thường sử dụng hai
phương thức khởi động như sau:
+ Khởi động Diesel bằng gió
+ Khởi động Diesel bằng nguồn điện ăc quy
Hiện nay, người ta thường sử dụng phương thức khởi động bằng gió
bởi phương thức này có rất nhiều ưu điểm và đem lại hiệu quả cao trong quá
trình khởi động. Khởi động bằng Ac quy chỉ áp dụng cho loại động cơ có
cơng suất bé.
1.1.2.2 Vị trí khởi động Diesel
Để khởi động Diesel lai máy phát người ta thường có hai vị trí khởi
động (khởi động tại chỗ hoặc khởi động từ xa). Nhưng do mức độ tự động
hoá trên tầu ngày càng cao, nên người ta thường áp dụng phương pháp khởi
động từ xa.

+ Khởi động ngay tại đầu máy: Đây là chế độ khởi động không thông
qua các hệ thống điều khiển trung gian mà thực hiện trực tiếp vào van gió và
thanh răng nhiên liệu vị trí này thường được dùng khi chạy thử máy sau khi
sửa chữa, bảo dưỡng hoặc là trường hợp khởi động sự cố với hệ thống điều
khiển từ xa gặp hư hỏng.
+ Khởi động tại buồng điều khiển: Đây là vị trí được sử dụng thường
xuyên trong chế độ vân hành bình thường. Phương pháp này thơng qua các
thiết bị trung gian để thực hiện việc điều khiển khởi động cho Diesel
Hệ thống hoạt động tin cậy, khả năng điều khiển linh hoạt, đơn giản.
Mặt khác hệ thống điều khiển từ xa có những ưu nhược điểm như sau:
* Ưu điểm
4
ĐỖ MINH HẢI


+ Giảm bớt được số người phục vụ trên tầu
+ Rút ngắn được thời gian thao tác vận hành do hệ thống xử lý trung
tâm đã đảm nhận những chức năng trung gian
+ Thực hiện lệnh chính xác, ổn định và nhanh chóng. Đảm bảo q
trình điều chỉnh tốc độ láng (không nhẩy bậc) và giảm được ứng suất xung
lực trong quá trình điều chỉnh tốc độ.
+ Cải thiện được điều kiện làm việc cho thợ máy
+ Nâng cao độ tin cậy và tính an tồn cao trong q trình khai thác
vận hành
+ Có thể thực hiện khai thác tối ưu và theo dõi từ xa tình trạng kỹ
thuật của máy
+ Cho phép hình thành một trung tâm điều khiển tiến tới tạo điều kiện
tự động hố hồn tồn việc điều khiển điều chỉnh.
* Nhược điểm
+ Hệ thống phức tạp, địi hỏi nhiều kinh phí

+ Người khai thác phải có trình độ chun mơn cao
1.1.3 Bảo vệ động cơ Diesel
1.1.3.1 Bảo vệ Diesel
Để thực hiện điều khiển động cơ Diesel đạt hiệu quả cao an toàn,
trong hệ thống điều khiển có rất nhiều các thiết bị phải hồn thành các chức
năng khác nhau, do đó hệ thống có rất nhiều thông số cần phải quan tâm,
theo dõi và xử lý (từ vài chục đến vài tram thông số). Tất cả các thống số đó
cần được bảo vệ. Trong một loạt các thơng số đó có các thơng số quan trọng
liện quan tới tính an tồn của hệ thống động lực và có những thơng số ít
quan trọng hơn. Nhưng tất cả các thơng số đó đều được theo dõi và kiểm tra

5
ĐỖ MINH HẢI


thường xuyên. Để các thiết bị bảo vệ hoạt động một cách an tồn và tin cậy
thì cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Số lượng thông số kiểm tra phải đạt giá trị tối thiểu để hệ thống đơn
giản, mặt khác số lượng thơng số đó cần phải đủ để đánh giá trạng thái của
đối tượng Diesel.
+ Hoạt động chính xác, khơng nhầm lẫn, khơng bỏ sót
+ Hệ thống cần phải phát ra tín hiệu bằng âm thanh và ánh sáng khi
các thông số được kiểm tra vượt ra ngoài giới hạn cho phép hoặc hệ thống
hoạt động bảo vệ, hệ thống mất nguồn cung cấp chính và chuyển sang nguồn
cung cấp sự cố
+ Tuỳ theo thiết kế tín hiệu ánh sáng phải chỉ rõ nguyên nhân sự cố.
Khi nhận biết được sự cố thì ánh sáng vẫn nhấp nháy (hoặc sáng rõ), khi
người nhận biết sự cố (ấn nút khẳng định sự cố) thì ánh sáng vẫn sáng bình
thường và chỉ khi tắt loại trừ sự cố và ấn nút Reset
1.1.3.2 Những thông số bảo vệ Diesel

Trong q trình khai thác Diesel, các đại lượng và thơng số luôn được
kiểm tra, đo lường, theo dõi và cập nhật. Trong các đại lượng và thơng số thì
có những đại lượng thông số chỉ kiểm tra khi đạt đến các giá trị đặt (ngưỡng)
tín hiệu về các đại lượng thông số này được gửi tới trung tâm xử lý và ở đó
thơng tin được xử lý và gửi đến các thiết bị chấp hành thực hiện việc báo
động. Với các đại lượng và thơng số quan trọng thì trước khi thực hiện lệnh
dừng máy ở chế độ Emergency Stop bao giơ cũng có một hoặc hai nấc báo
động để cho người vận hành biết. Nếu khơng có sự can thiệp xử lý để khắc
phục tình trạng thì hệ thống mới hoạt động bảo vệ. Các đại lượng và thông
số chủ yếu của Diesel
a, Hệ thống bôi trơn
6
ĐỖ MINH HẢI


Áp suất dầu bôi trơn (P/Kg/cm2)
Nhiệt độ dầu bôi trơn
Áp lực dầu bôi trơn tuốc bin tăng áp
Nhiệt độ dầu bôi trơn tuốc bin
Mức dầu bôi trơn tuốc bin
b, Hệ thống làm mát
Áp lực nước làm mát xi lanh
Nhiệt độ nước làm mát xi lanh
Áp lực nước làm mát piston
Nhiệt độ nước làm mát piston
Áp lực nước làm mát vòi phun
Nhiệt độ nước làm mát vòi phun
Áp lực nước biển
c, Hệ thống nhiên liệu
Áp lực nhiên liệu trước bơm cao áp

Mức nhiên liệu
Nhiệt độ nhiên liệu
Độ nhớt
d, Hệ thống khí
Nhiệt độ khí xả
Nhiệt độ khí nén
Áp lực gió khởi động
Áp lực gió điều khiển
e, Các thơng số khác
Nồng độ dầu cacte
Tải Diesel
Tốc độ Diesel
7
ĐỖ MINH HẢI


1.2 MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ KHÔNG CHỔI THAN
Do trạm phát điện tầu thuỷ có cơng suất khơng lớn lắm (khoảng một
vài nghìn KVA) vì vậy ngày nay máy phát điện đồng bộ không chổi than đã
và đang được trang bị hầu hết trên các đội tầu biển. Loại máy này có kích
thước và trọng lượng rất gọn nhẹ, các khâu kỹ thuật để nâng cao độ tin cậy
và nâng cao tính ổn định đã được giải quyết. Mặt khác, do khơng có chổi
than nên đã giảm thiểu về u cầu vệ sinh bảo dưỡng và sửa chữa.
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học kỹ
thuật nên các vấn đề bảo vệ, điều khiển máy phát không chỉ dừng lại ở
những thiết bị đơn thuần như công tắc tơ, rơ le, mà kỹ thuật vi xử lý, kỹ
thuật số đã và đang ứng dụng trong các lĩnh vực trên và đem lại hiệu quả
cao. Vì thế các hệ thống năng lượng điện tầu thuỷ đã và đang đi vào hoàn
thiện một cách triệt để theo các hướng phát triển của ngành như sau:
+ Tự động hoá từng phần các trang thiết bị rồi đến tự động hố tồn

phần trạm phát điện tầu thuỷ
+ Tăng độ bền vững và tính kinh tế các trạm phát điện, các hệ thống
năng lượng điện bằng cách nâng cao mức độ tự động hố trên tầu thuỷ
+ Cải tiến tính chất khai thác điện năng bằng cách làm ổn định hơn
các thông số của máy phát điện như điện áp, tần số, và cơng suất của máy
phát.
+ Hồn chỉnh các máy móc, khí cụ, thiết bị đo lường và kiểm tra tập
trung từ xa.
+ Nghiên cứu và phát minh nguồn năng lượng mới và các phương
pháp biến đổi nguồn năng lượng đó thành năng lượng điện. Đây là một trong

8
ĐỖ MINH HẢI


những nhiệm vụ cũng như mục tiêu mà ngành khoa học đặt ra trong thế kỷ
21 này.
Ngoài ra trạm phát điện cịn có những đặc trưng riêng:
+ Do phải cơng tác trên biển nên phải chịu độ ẩm cao, nồng độ muối
và dầu, hố chất cao
+ Trong q trình hành trình của con tâu, mơi trường làm việc lng
thay đổi, từ nước này sang nước khác. Trạm phát điện tầu thuỷ luôn phải
chịu sự thay đổi của biên độ nhiệt độ môi trường rất lớn.
+ Trạm phát điện phải làm việc trong các trạng thái nghiêng lệch.
+ Trạm phát còn phải chịu rung lắc, va đập mạnh do sóng biển
Mặt khác, trạm phát điện làm việc độc lập, thiết bị thay thế hạn chế.
Dẫn đến khi sự cố xẩy ra gặp rất nhiều khó khăn vì thế mà trạm phát điện
tầu thuỷ cần phải thoả mãn một số những yêu cầu cơ bản, nhằm mục đích
đảm bảo nguồn điện năng trên tầu luôn ổn đinh để nâng cao chất lượng khai
thác của con tầu:

+ Đảm bảo cung cấp điện một cách liên tục cho tất cả các trang thiết
bị trên tầu
+ Hệ thống phải có độ tin cậy cao và các thiết bị bảo vệ phải làm việc
chính xác trong điều kiện độ nghiêng, chấn động rung lăc và đập, mơi
trường ẩm, nồng độ muốn, dầu, hố chất cao.
+ Có cấu trúc sao cho thiết bị phải an toàn, chắc chắn, dễ dàng phát
hiện hư hỏng
+ Đơn giản, thuận tiện trong khi vận hành và sử dụng vẫn đảm bảo
đầy đủ các chức năng của hệ thống

9
ĐỖ MINH HẢI


+ Có thể tách riêng từng nhóm để dễ dàng trong việc thay thế, sửa
chữa mà không ảnh hưởng tới các nhóm khác
+ Có thiết bị trung gian để có thể sử dụng điện bờ khi đỗ cảng hoặc
cso máy phát đồng trục khi hành trình. Trạm phát điện tầu thuỷ bao gồm hai
hoặc nhiều cụng D – G (Diesel – Generator), cơng suất của tồn trạm được
lựa chọn trên cơ sở các yêu cầu về cung cấp điện của phụ tải, về chế độ đi
biển và tính năng của mỗi con tầu.
1.2.1 Những đại lượng và thông số danh định
Máy phát điện đồng bộ nói chung, và máy phát điện đồng bộ tầu thuỷ
nói riêng thường khi xuất xưởng nhà chế tạo bao giờ cũng cấp cho người sử
dụng các đại lượng và thông số được ghi trên catalog. Các đại lượng này có
ý nghĩa rất quan trọng trong quá trinh vận hành và khai thác của máy. Hơn
nữa các thơng số này cịn giúp cho người vận hành thuận tiện kiểm tra các
thông số của máy khi sửa chữa, khắc phục sự cố.
1.2.1.1 Các đại lượng của máy phát:
Hãng sản xuất:

Cơng suất định mức
Điện áp định mức
Dịng điện định mức
Tần số định mức
Hệ số cơng suất định mức
Dịng kích từ định mức
Điện áp kích từ định mức
Vịng quay định mức
Nhiệt độ làm việc
10
ĐỖ MINH HẢI


Cấp cách điện
1.2.1.2 Thông số danh định của máy phát
Hiện nay do mức độ điện khí hố trên tàu thuỷ ngày càng cao nên các
nhà chế tạo thường hay trang bị cho các đội tầu từ 2 đến 6 tổ máy phát nhằm
cung cấp nguồn năng lượng điện một cách liên tục và ổn định để nâng cao
chất lượng khai thác con tầu.
a, Thơng số của máy phát chính:
Thơng thường tram phát điện tầu thuỷ có trọng tải từ 12.500T trở
xuống gồm hai máy phát điện đồng bộ không chổi than do hãng TAIYO sản
xuất. Được bố trí ở hai bên mạn tầu và đặt tại buồng máy để thuận tiện trong
quá trình vận hành và khai thác. Máy phát chính thường ghi các thơng số
như sau:
Hãng sản xuất
Udm
Idm
Pdm
ndm

Sdm
cos ϕ dm
Số pha
b, Thông số của máy phát sự cố:
Để đảm bảo độ tin cậy của trạm phát điện, cung cấp điện liên tục và
kịp thời cho các phụ tải trên tầu, thông thường mỗi trạm phát điện tầu thuỷ
được lắp đặt thêm một máy phát sự cố, sẵn sàng phát điện lên lưới khi các
11
ĐỖ MINH HẢI


máy phát chính gặp vấn đề. Máy phát sự cố cũng có các thơng số danh định
như máy phát chính.
1.2.2 Cấu tạo máy phát điện đồng bộ không chổi than của trạm phát
điện tầu thuỷ
1.2.2.1 Cấu trúc chung của máy phát điện đồng bộ khơng chổi than
Trong q trình vận hành và khai thác máy phát đồng bộ có chổi than
điểm yếu nhất của hệ thống là chỗ tiếp xúc giữa vành trượt và chổi than là
+ Thường xuất hiện tia lửa điện gây nhiễu loạn cho các thiết bị vơ
tuyến điện
+ Thường đột nhiên mất kích từ do tiếp xúc khơng tốt do đó mất điện
tồn tầu
+ Khó khăn trong q trình tự kích ban đầu do điện trở tiếp xúc lớn
+ Chi phí và tốn cơng bảo dưỡng vành trượt và chổi than
Ngày nay do yêu cầu kỹ thuật cũng như vấn để cung cấp năng lượng
điện cho tầu thuỷ ngày càng cao nên động cơ lai máy phát thường là động cơ
Diesel có tốc độ cao, vành trượt nhanh bị hao mịn và từ đó làm ảnh hưởng
rất lớn trong quá trình cung cấp điện năng cho tầu
Để khắc phục nhược điểm trên nhà chế tạo đã đưa ra loại máy phát
đồng bộ mới đó là máy phát đồng bộ khơng chổi than. Do có nhiều ưu điểm

nổi bật nên được các hãng sử dụng rất rộng rãi vào thực tế. Máy phát đồng
bộ không chổi than do hãng TAIYO sản xuất là một ví dụ.
Việc đưa máy phát đồng bộ không chổi than vào hoạt động trên tàu
thuỷ mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tính hệ thống của loại máy này cũng cao
hơn, nó cho phép rút ngắn thời gian quá độ, làm việc ổn định hơn. Hơn nữa,
tất cả các thiết bị đi theo nó cũng gọn nhe, chắc chắn. Những chỉnh định sửa
12
ĐỖ MINH HẢI


chữa và lắp đặt thường phải do các chuyên gia có kinh nghiệm thực hiện,
điều này càng có ý nghĩa khi xu thế các sĩ quan máy sẽ kiêm nhiệm vụ việc
khai thác hệ thống điện năng trên tầu thuỷ.
Cấu trúc chung của máy phát không chổi than được thể hiện trên hình 1.1

÷
Hình 1.1: Cấu trúc chung của máy phát đồng bộ không chổi than
+ Máy phát đồng bộ
+ Máy kích từ xoay chiều
+ Chỉnh lưu cầu quay
+ Cuộn kích từ tĩnh cấp dịng kích từ cho máy phát kích từ
Trong đó máy kích từ xoay chiều và bộ chỉnh lưu quay được lắp trên
rotor của máy phát chính. Tín hiệu ra xoay chiều ba pha của máy kích từ
được chỉnh lưu thành tín hiệu một chiều thơng qua bộ chỉnh lưu quay để cấp
cho cuộn kích từ chính máy phát.
1.2.2.2 Cấu tạo chi tiết máy điện đồng bộ không chổi than
Máy phát điện đồng bộ không chổi than được lắp đặt trên tầu thuỷ có
cấu trúc gồm các bộ phận chính sau:
13
ĐỖ MINH HẢI

Khung stator, cuộn dây stator, mạch từ rotor, cuộn dây kích từ, trụ đỡ,
ổ đỡ, máy phát kích từ, bộ chỉnh lưu quay và các phụ kiện khác.
a, Stator
Stator được chế tạo từ các tấm thép hàn với nhau để tăng tính chịu lực
và chống các rung động cơ học, ngồi ra khung stator cịn được tạo vành để
cố định lõi sắt stator. Lõi sắt stator được dập định hình từ các tấm thép là kỹ
thuật điện, được phủ một lớp vật liệu cách điện, sau đó xếp lại với nhau sao
cho các lớp trùng khít lên nhau. Cuối cùng chúng được ép vào các khung và
được cố định bằng các chốt.
Cuộn dây Stator được làm bằng đồng, bên ngoài được phủ cách điện
và đặt vào các rãnh của Stator cách điện giữa dây quấn và lõi thép là các tấm
cách điện. Khi cuộn dây đã được đặt vào các rãnh Stator và được nêm chặt
bằng các nêm chế tạo từ vật liệu cách điện như gỗ phíp hay các loại vật liệu
cách điện khác. Cuối cùng chúng được tẩm, phủ sơn cách điện đảm bảo
đúng yêu cầu kỹ thuật.
b, Rotor
Mạch từ rotor cũng được làm từ các là thép silic có đặc tính từ hố rất
tốt được phun vecni cách điện và có khía rãnh ở mặt trong để lắp với trục
Trên mỗi tấm thép đều được tạo những lỗ có tác dụng làm mát bằng
khơng khí, ngồi ra cịn được tạo rãnh (ở chu vi ngồi) để đặt các cuộn dây.
Tất cả các tấm thép được ép chặt với nhau và lắp vào trục, sau đó được chốt
giữa hai đầu bằng các chốt đặc biệt
Dây quấn rotor được làm bằng đồng, cùng loại với dây quấn stator và
được đặt vào các rãnh của mạch từ rotor với các tấm lót cách điện. Phía
ngồi cuộn dây được phủ vecni cách điện.

14
ĐỖ MINH HẢI

Trục rotor được làm bằng thép hợp kim có độ bền cơ học cao. Trên
trục rotor được lắp bộ chỉnh lưu quay, đặt về phía đầu máy kích từ để tiện
cho việc kiểm tra và sửa chữa. Bộ chỉnh lưu đăt trên hai vịng tản nhiệt, trên
đó cịn có một bộ Varistor có tác dụng bảo vệ cho bộ chỉnh lưu. Nguồn cấp
cho bộ chỉnh lưu này được cấp từ máy phát kích từ, dịng sau chỉnh lưu là
dịng một chiều cấp cho cuộn kích từ của máy phát chính
c, Vỏ máy
Vỏ máy được làm từ những vật liệu có độ bền cơ học cao và được chế
tạo thành hình trụ để cố định lõi sắt stator. Phía đầu vỏ máy được thiết kế hai
cửa sổ làm mát cho máy khi vận hành, ngồi ra cịn thuận tiện trong q
trình kiểm tra và bảo dưỡng máy phát. Mặt khác vỏ máy còn làm nhiệm vụ
bảo vệ máy và đặt trên giá đỡ, được thiết kế đủ độ bền cơ học, chịu được sự
rung lắc khi làm việc.
d, Máy phát kích từ
Máy phát kích từ là loại có phần ứng quay và được bố trí trên trục của
máy phát chính
Máy phát kích từ gồm các phần từ cơ bản sau:
Khung stator, lõi từ, cuộn dây kích từ, lõi thép phần ứng, cuộn dây
phần ứng.
* Stator của máy kích từ:
Khung stator là hợp kim gang và thép được đúc thành những tấm sau
đơ được hàn với nhau đảm bảo được sức bền và độ cứng hợp lý. Lõi stator
được làm từ các tấm thép mỏng có đặc tính từ hố tốt xếp lại với nhau va
được đặt vào khung stator. Mặt trong của lõi Stator được chế tạo thành rãnh
để đặt dây quấn khi đã lót cách điện (dây quấn cùng loại với dây quấn của
stator máy phát chính) sau đó các đầu dây cịn lại được bó chặt với nhau.
15
ĐỖ MINH HẢI

* Rotor của máy phát kích từ
Đây là phần ứng của máy phát kích từ. Nó được chế tạo từ các tấm
thép silic có chất lượng cao được phủ vecni cách điện và được khoan lỗ làm
mát. Các là thép được ép chặt với nhau và được cố định trên trục của máy
phát chính.
Cuộn dây phần ứng được làm bằng đồng cùng loại với cuộn dây phần
ứng của máy phát chính. Cuộn dây được cố định trong các rãnh bằng các
nêm chế tạo từ vật liệu cách điện, các đầu dây được bó chặt để tránh tác
dụng của lực ly tâm
e, Thiết bị sấy
Trong quá trình vận hành khai thác bản thân máy phát đã phát ra nhiệt
góp phần làm giảm độ ẩm của máy phát nhưng khi máy ngừng hoạt động
máy phải có thể hấp thụ khí ẩm từ mơi trường bên ngồi. Chính vì thế sẽ làm
giảm điện trở cách điện của máy phát dẫn tời gây nên dịng rị trong q
trình làm việc và có nguy cơ lớp cách điện bị đánh thủng khi có xung điện
áp cao. Vì vậy trên máy được trang bị một thiết bị sấy để giữ cho nhiệt độ
của máy phát lớn hơn nhiệt độ môi trường, làm tăng điện trở cách điện đảm
bảo hệ thống hoạt động an toàn và làm giảm trở kháng trong các cuộn dây,
đảm bảo khả năng tự kích tốt
Bộ sấy được đặt ở nơi thấp nhất của khung máy để năng lượng nhiệt
dễ dàng tuần hoàn trong máy, phục vụ có hiệu quả, bảo vệ cuộn dây và các
phần tử có liên quan đến độ ẩm.
Tín hiệu nguồn điều khiển cho mạch sấy là 220V được lấy trực tiếp từ
mạch cấp nguồn 220V (60V/S07) qua các cầu chì chờ sẵn. Khi máy phát
ngừng hoạt động, người ta phải tiến hành sấy cho máy phát. Công tăc SHS
(Space Heater Switch) cấp nguồn cho rơ le 188H (288H) thông qua tiếp
16
ĐỖ MINH HẢI

điểm thường đóng 125B của aptomat ACB các tiếp điểm cấp nguồn cho
mạch sấy hoạt động, đồng thời đóng tiếp điểm phụ 188H (288H) S61, đèn
OL (Orange Lamp) sáng báo mạch sấy đang hoạt động.
Khi aptomat chính đóng cấp nguồn cho lưới thì rơ le 125B/S21
(125B/S22) cũng có điện, rơ le này hoạt động mở tiếp điểm 125B/S21
(125B/S22) làm cho rơ le 188H (288H) mất điện, mở tiếp điểm cắt nguồn
sấy ra khỏi mạch và đèn OL tắt báo mạch sấy ngừng hoạt động

17
ĐỖ MINH HẢI


220V SOURCE
S 07
60V

R

S

T

SH1
SH2
C2

SH3

C2

F 15

F 25
3A

3A

SHS 21

H – DPYC – 2.5
2G1

H 11

S61

188H
4

5

1

6

2

10

S – 2F

H – DPYC – 2.5
2G2

H 21

H 12

3

9

252B
S22

288H

72

288H
4

H 22

2

9

S21

H 21

6

3

H 12

1

H 11

5

71

152B

188H

S61

71
72

2H6

1H6

SHS 11

10
S – 2F

H 22

hình 1.2 Space Heater Circuit
f, Bộ lọc khơng khí làm mát máy phát chính
Bộ lọc khơng khí làm mát được lắp ở cửa hút gió làm mát nhằm mục
đích giảm tối thiểu lượng bụi bẩn xâm nhập vào trong máy. Do đó làm giảm
18
ĐỖ MINH HẢI


lượng tạp chất có các gốc hố chất gây hại cho máy trong quá trình làm việc
và giữ được sự ổn định làm việc cho máy phát.
g, Hệ thống kích từ
Sơ đồ nguyên lý mạch điện của hệ thống kích từ được mơ tả trên hình 1.3
CT

F1

F2

R

G

EX

S
T
RT

Si

AVR

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch kích từ máy phát
Hệ thống kích từ tĩnh bao gồm cuộn kháng RT, biến dòng CT. Bộ
chỉnh lưu silic, khối hiệu chỉnh điện áp AVR
Từ sơ đồ hình 1.3 ta thấy:
+ Bộ chỉnh lưu quay được đặt trên trục của máy phát chính và có
nhiệm vụ cấp nguồn một chiều cho kích từ của máy phát chính
+ Điện áp và dòng điện xoay chiều được lấy từ đầu ra của máy phát
chính thơng qua biến dịng CT và cuộn kháng RT, hai tín hiệu này được
cộng với nhau và được đưa tới cầu chỉnh lưu một pha tạo thanh tín hiệu
dịng một chiều sau đó được đưa tới bộ phận kích từ của máy phát kích từ

1.2.2.3 Nguyên lý hoạt động của máy phát đồng bộ không chổi than
19
ĐỖ MINH HẢI


Khi động cơ sơ cấp lai rotor của máy phát chính (động cơ sơ cấp trên
tầu thuỷ thường là động cơ Diesel) chạy với tốc độ ổn định ở giá trị định
mức, do ban đầu máy phát có từ dư nên điện áp máy phát sẽ nhanh chóng
được thành lập và tín hiệu kích từ lấy từ cầu chỉnh lưu được đưa tời cuộn
kich từ của máy phát kích từ. Từ trường trong cuộn dây là từ trường tĩnh

nhưng do rotor của máy phát quay nên trong cuộn dây ba pha của máy phát
kích từ có sức điện động và dòng cảm ứng. Dòng điện xoay chiều ba pha
này được bộ chỉnh lưu cầu ba pha chỉnh lưu thành dòng một chiều cung cấp
cho cuộn kích từ của máy phát chính và từ trường này quay nên cảm ứng
trên cuộn dây ba pha của máy phát những sức điện động toạ lên điện áp trên
cực của máy phát chính

20
ĐỖ MINH HẢI


1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG
1.3.1 Hệ thống phân chia điện năng theo hình khuyên :
Là hệ thống mà tất cả các bảng điện phụ có thể được cấp nguồn đồng
thời từ hai hướng bằng các đường cáp khép kín hình khun như sau :

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống phân chia điện năng theo hình khuyên.
1.Các máy phát.

4.Các cầu dao.

2.Bảng điện chính.

5.Các đường cáp chính .

3.Các bảng điện phụ.

6.Các đường cáp phụ cung cấp cho bảng điện

phụ.

7.Các bảng điện nhỏ hay các phụ tải lớn .
1.3.2 Hệ thống phân chia điện năng theo hình tia đơn giản :
Đây là hệ thống mà tất các máy phát được cấp điện lên bảng điện
chính và từ đó cung cấp tới các phụ tải trực tiếp bằng cáp điện .Với kết cấu
này, hệ thống chỉ được ứng dụng trên các tàu nhỏ và ít phụ tải .

21
ĐỖ MINH HẢI


Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống phân chia điện năng theo hình tia đơn giản.
1. Phụ tải động lực.
2. Phụ tải ánh sáng.
1.3.3 Hệ thống phân chia điện năng theo hình tia phức tạp :
Thứ tự cấp nguồn kiểu này phụ tải nào cũng như nhau , phụ thuộc vào
tình thế mà một số phụ tải lớn hoặc nhỏ có thể được cấp nguồn trực tiếp từ
bảng điện chính hoặc từ bảng điện phụ đến các nhóm phụ tải. Loại hệ thống
này có ưu điểm là tiết kiệm dây dẫn, độ tin cậy cung cấp năng lượng điện
cao và có thể điều khiển cung cấp năng lượng điện từ trung tâm một cách dễ
dàng. Áp dụng trên các tàu hàng có trọng tải lớn…
Trên tàu 12.500T đã sử dụng kiểu phân chia diện năng theo hình tia
phức tạp.

22
ĐỖ MINH HẢI


Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống phân chia điện năng theo hình tia phức tạp.
1.Các phụ tải được cấp nguồn trực tiếp từ bảng điện chính.
2.Các bảng điện phụ cung cấp đến từng phụ tải.

3.Các bảng điện phụ cung cấp đến nhóm phụ tải.
4.Các phụ tải được cấp nguồn từ các bảng điện phụ 3.
5. Các phụ tải được cấp nguồn từ các bảng điện phụ 2.

23
ĐỖ MINH HẢI


1.4 CÔNG TÁC SONG SONG CỦA CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN
Nguồn điện cung cấp cho các phụ tải trong các hệ thống điện năng tàu
thuỷ có thể được lấy từ những nguồn độc lập hoặc từ một nguồn chung do
nhiều tổ máy phát điện công tác song song với nhau. Hiện nay trên đội tàu
thế giới công tác song song của các tổ máy phát trong các hệ thống năng
lượng điện là chiếm đa số và ngày càng phát triển ở trình độ tự động hố cao
như: Tự động khởi động và hoà đồng bộ máy phát khi hệ thống quá tải, tự
động cho máy phát nghỉ khi công suất của trạm phát lớn hơn nhiều so với
công suất của phụ tải.
+ Ưu điểm:
- Tạo điều kiện giảm bớt các thiết bị chuyển mạch và các dây cáp nối
các phần tử, thiết bị với nhau.
- Giảm bớt trọng lượng cũng như kích thước của các thiết bị phân
phối điện.
- Đảm bảo nguồn điện liên tục cho các phụ tải trong mọi trường hợp
ngay cả khi thực hiện chuyển tải từ máy này sang máy khác.
- Giảm bớt sự dao động điện áp khi tăng tải đột ngột.
- Nâng cao hiệu suất sử dụng công suất của các tổ máy phát.
+ Nhược điểm:
- Địi hỏi người sử dụng phải có trình độ chun mơn cao, nắm vững
về hệ thống.
- Độ lớn dịng ngắn mạch tăng hơn, địi hỏi cần phải có các thiết bị

bảo vệ ngắn mạch phức tạp và thiết bị bảo vệ công suất ngược.
- Sự phân chia tải phức tạp hơn khi một trong những động cơ truyền
động gặp sự cố nhỏ.
24
ĐỖ MINH HẢI