Tự động điều khiển - Máy phát điện đồng bộ

... vµ m¸y ®iÖn c«ng suÊt nhá dïng trong tù ®éng, nh­ ®éng c¬ ®ång bé nam ch©m vÜnh cöu, ®ång c¬ ®ång bé ph¶n kh¸ng, ®éng c¬ ®ång bé tõ trÔ, ®éng c¬ b­íc ... 2. KÕt cÊu: §Ó thÊy râ ®Æc ®iÓm vÒ kÕt cÊu cña m¸y ®iÖn ®ång bé, ta xÐt 2 tr­êng hîp m¸y cùc Èn vµ m¸y cùc låi nh­ sau: a. KÕt cÊu cña m¸y ®ång bé cùc Èn: Roto cña m¸y ®ång bé cùc Èn lµm b»ng thÐp hîp kim chÊt l­îng cao, ®­îc rÌn thµnh khèi h×nh trô, sau ®ã gia c«ng vµ phay r·nh ®Ó ®Æt d©y quÊn kÝch tõ. H×nh 1.3: MÆt c¾t ngang trôc lâi thÐp r«to PhÇn kh«ng phay r·nh cßn l¹i h×nh thµnh nªn mÆt cùc tõ. MÆt cùc ngang trôc lâi thÐp roto nh­ h×nh 1.3. Th«ng th­êng c¸c m¸y ®ång bé ®­îc chÕ t¹o víi sè cùc 2P = 2, tèc ®é quay n = 3000(vßng/phót). §Ó h¹n chÕ lùc ly t©m, trong ph¹m vi an toµn ®èi víi hîp kim, ng­êi ta chÕ t¹o roto cã ®­êng kÝnh nhá: (D = 1,1 ¸ 1,15 (m)). V× vËy muèn t¨ng c«ng suÊt m¸y chØ cã thÓ t¨ng chiÒu dµi l cña roto (lmax = 6,5m). D©y quÊn kÝch tõ ®­îc ®Æt trong r·nh roto vµ ®­îc quÊn thµnh c¸c bèi d©y, c¸c vßng d©y trong bèi d©y ®­îc c¸ch ®iÖn víi nhau b»ng mét líp mica máng. MiÖng r·nh ®­îc nªm kÝn ®Ó cè ®Þnh vµ Ðp chÆt c¸c bèi d©y. Dßng ®iÖn kÝch tõ lµ dßng mét chiÒu ®­îc ®­a vµo cuén kÝch tõ th«ng qua chæi than ®Æt trªn trôc roto. Stato cña m¸y ®ång bé cùc Èn bao gåm lâi thÐp ®­îc ghÐp l¹i tõ c¸c l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn, trong ®ã cã t¹o r·nh ®Ó ®Æt d©y quÊn 3 pha. Stato ®­îc g¾n liÒn víi th©n m¸y, däc chiÒu dµi lâi thÐp stato cã lµm nh÷ng r·nh th«ng giã ngang trôc víi môc ®Ých th«ng giã lµ m¸t m¸y ®iÖn. Trong c¸c m¸y ®ång bé c«ng suÊt trung b×nh vµ lín th©n m¸y ®­îc chÕ t¹o theo kÕt cÊu khung thÐp, m¸y ph¶i cã hÖ thèng lµm m¸t. N¾p m¸y ®­îc chÕ t¹o tõ thÐp tÊm hoÆc gang ®óc. b. KÕt cÊu cña m¸y ®ång bé cùc låi: M¸y ®ång bé cùc låi th­êng cã tèc ®é quay thÊp v× vËy ®­êng kÝnh roto lín h¬n nhiÒu lÇn so víi roto cùc Èn: (Dmax = 15m), trong khi ®ã chiÒu dµi l¹i nhá, víi tû lÖ l/D = 0,15 ¸ 0,2. Roto cña m¸y ®ång bé cùc låi c«ng suÊt trung b×nh vµ nhá cã lâi thÐp ®­îc chÕ t¹o tõ thÐp ®óc vµ gia c«ng thµnh khèi l¨ng trô, trªn mÆt cã ®Æt c¸c cùc tõ. ë nh÷ng m¸y lín. Lâi thÐp ®ã ®­îc h×nh thµnh bëi c¸c tÊm thÐp dµy tõ 1mm ®Õn 6mm, ®­îc dËp hoÆc ®óc ®Þnh h×nh s½n ®Ó ghÐp thµnh c¸c khèi l¨ng trô, vµ lâi thÐp nµy th­êng kh«ng trùc tiÕp lång vµo trôc m¸y mµ ®­îc ®Æt trªn gi¸ ®ì cña roto. H×nh 1.4: Cùc tõ cña m¸y ®ång bé cùc låi D©y quÊn c¶n (tr­êng hîp m¸y ph¸t ®ång bé) hoÆc ®©y quÊn më m¸y (tr­êng hîp ®éng c¬ ®ång bé) ®­îc ®Æt trªn c¸c ®Çu cùc. C¸c d©y quÊn nµy gièng nh­ d©y quÊn kiÓu lång sãc cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé, nghÜa lµ lµm b»ng c¸c thanh ®ång ®Æt vµo r·nh c¸c ®Çu cùc vµ ®­îc nèi 2 ®Çu bëi 2 vßng ng¾n m¹ch. 1. L¸ thÐp cùc tõ 2. D©y quÊn kÝch tõ 3. §u«i h×nh T 4. Nªm 5. Lâi thÐp roto. Stato cña m¸y ®ång bé cùc låi cã thÓ ®Æt n»m ngang víi m¸y cã c«ng suÊt nhá, tèc ®é quay cao. ë tr­êng hîp m¸y ph¸t tuabin n­íc c«ng suÊt lín, tèc ®é chËm th× trôc cña m¸y ph¶i ®Æt th¼ng ®øng theo 2 kiÓu treo vµ kiÓu ®â tuú thuéc vµo c¸ch bè trÝ æ trôc ®ì. + ¦u ®iÓm cña kiÓu treo lµ æn ®Þnh, Ýt chÞu ¶nh h­ëng t¸c ®éng cña c¸c phÇn phô, nh­ng chi phÝ x©y dùng cao, cßn kiÓu ®ì lµ gi¶m ®­îc kÝch th­íc m¸y theo chiÒu cao. Do ®ã gi¶m ®­îc kÝch th­íc chung cña m¸y. Nh­ vËy tuú theo yªu cÇu mµ ta ph¶i cã c¸ch bè trÝ sao cho hîp lý nhÊt. 1.3. C¸c th«ng sè chñ yÕu cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé Trong m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé ngoµi c¸c th«ng sè nh­: C«ng suÊt, ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn ®Þnh møc... cßn ph¶i kÓ ®Õn c¸c th«ng sè c¬ b¶n kh¸c cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé lµ: ®iÖn trë, ®iÖn kh¸ng cña cuén d©y, c¸c h»ng sè qu¸n tÝnh ®iÖn vµ c¬. 1. §iÖn kh¸ng ®ång bé däc trôc vµ ngang trôc (Xd,Xq) §iÖn kh¸ng ®ång bé däc trôc vµ ngang trôc lµ mét trong nh÷ng th«ng sè ®Æc tr­ng cña m¸y ph¸t ®iÖn ë chÕ ®é x¸c lËp. ë m¸y ph¸t ®iÖn cùc låi v× ë mÆt cùc, tõ th«ng khe hë kh«ng khÝ lµ kh«ng ®Òu, nªn m¹ch tõ kh«ng b·o hßa. Do ®ã ®iÖn kh¸ng däc trôc vµ ngang trôc lµ kh¸c nhau(Xd ¹ Xq). Cßn ë m¸y ph¸t cùc Èn th× khe hë kh«ng khÝ lµ ®Òu nhau, m¹ch tõ b·o hßa nªn: Xd = Xq. 2. §iÖn kh¸ng qu¸ ®é X'd §Æc tr­ng cho cuén c¶m cña cuén d©y ë chÕ ®é x¸c lËp. ë chÕ ®é nµy tõ th«ng sinh ra bëi cuén d©y stato ®i qua cuén d©y roto bÞ gi¶m do ph¶n øng hç c¶m cña cuén d©y nµy. §iÖn trë m¹ch kÝn cña cuén d©y roto th­êng nhá nªn phÇn øng hç c¶m triÖt tiªu hoµn toµn tõ th«ng bªn trong nã. V× thÕ cã thÓ coi ®iÖn c¶m cña nã khi m¹nh khÐp kÝn ra bªn ngoµi cuén d©y roto lµ rÊt nhá vµ kh«ng phô thuéc vµo d¹ng cùc tõ. 3. §iÖn kh¸ng siªu qu¸ ®é: §iÖn kh¸ng nµy ®Æc tr­ng cho ®iÖn c¶m cña cuén d©y stato ë giai ®o¹n ®Çu cña chÕ ®é qu¸ ®é . ë giai ®o¹n ®Çu cña chÕ ®é nµy bÞ ¶nh h­ëng cña cuén d©y c¶n, lµm gi¶m ®i tõ th«ng cuén d©y stato. Do ®ã X"d < X'd. Do dßng ®iÖn xuÊt hiÖn trong cuén d©y c¶n lµ tøc thêi cho nªn ®iÖn kh¸ng X"d chØ tån t¹i trong giai ®o¹n ®Çu cña chÕ ®é qu¸ ®é. 4. H»ng sè qu¸n tÝnh c¬ Tj: §Æc tr­ng cho m«men qu¸n tÝnh phÇn quay, h»ng sè nµy ®­îc tÝnh to¸n tïy thuéc vµo tõng lo¹i m¸y ph¸t. Tj = J = w2®m .J J®m S®m Trong ®ã: w®m = J = Víi: G - Khèi l­îng vËt quay D - ®­êng kÝnh vËt quay 1.4. §å thÞ vect¬ vµ c¸c ®Æt tÝnh cña m¸y ph¸t ®iÖn 1. Ph­¬ng tr×nh ®iÖn ¸p vµ ®å thÞ vect¬ cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. §èi víi m¸y ph¸t ®ång bé: = d - (r­ + jXd­). (1 - 1) §èi víi ®éng c¬ ®iÖn ®ång bé = d + (r­ + jXd­). (1 - 2) Trong ®ã: U: §iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t R­, Xdu': §iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng t¶n cña d©y quÊn phÇn øng. Ed: Søc ®iÖn ®éng c¶m øng trong d©y quÊn do tõ tr­êng khe hë kh«ng khÝ. Khi cã t¶i th× suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng nµy ®­îc chia lµm 2 thµnh phÇn: d = + ­ a. Ta xÐt tr­êng hîp m¸y ph¸t ®iÖn Trong tr­êng hîp nµy ta xÐt cho 2 lo¹i m¸y cùc Èn vµ m¸y cùc låi. Gi¶ sö m¸y ph¸t lµm viÖc ë t¶i ®iÖn c¶m cã: 0 < j < 900 Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p cho m¸y cùc Èn = +­ - (r­ + jX­) (1 - 3) ­: Søc ®iÖn ®éng phÇn øng ®­îc biÓu thÞ theo ®iÖn kh¸ng phÇn øng: ­ = j X­ VËy ph­¬ng tr×nh 1 - 3 trë thµnh: = - j(X­ + jXs­)- r­ (1 - 4) Ta biÓu diÔn ph­¬ng tr×nh 1 - 4 b»ng ®å thÞ vect¬ F o E jIX d I F ­ j q d Ir f d q U ­ ­ ­ jIX q ' H×nh 1.5: §å thÞ s®® cña m¸y ph¸t ®ång bé cùc Èn Trªn ®å thÞ th×: Tõ th«ng chÝnh F0(F0) v­ît tr­íc E mét gãc p/2 vµ F­(F­) chËm sau ­ = j IX­ mét gãc p/2. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p cho m¸y cùc låi. = - j d X­d - j q X­q - j Xs­ - r­ (1 - 5) V× trong m¸y cùc låi thµnh phÇn søc tõ ®éng ®­îc chia thµnh 2 thµnh phÇn däc trôc vµ ngang trôc. ­d = -jdX­d ­q = -jqX­q Vµ thµnh phÇn -jXd­ ta còng ph©n tÝch thµnh 2 thµnh phÇn däc trôc vµ ngang trôc. -jXd­ = -jqXd­ - (-jdXd­) Lóc nµy ph­¬ng tr×nh (1 - 5) trë thµnh: = -jdXd -jqXq - r­ (1 - 6) Víi: Xd = X­d + Xd­ Xq = X­q + Xd­ Xd : ®iÖn kh¸ng ®ång bé däc trôc. Xq : ®iÖn kh¸ng ®ång bé ngang trôc. H×nh 1.6: §å thÞ s®® ®· biÕn ®æi cña m¸y ®iÖn cùc låi E ­ Ir U I I I q j y y d q X d jI d jI q q X jI q X BiÓu diÔn ph­¬ng tr×nh (1 - 6) trªn ®å thÞ vect¬. + Tr­êng hîp m¹ch tõ b·o hoµ: §èi víi m¸y ph¸t ®ång bé cùc låi viÖc thµnh lËp ®å thÞ vect¬ cã xÐt ®Õn tr¹ng th¸i b·o hoµ m¹ch tõ cã gÆp nhiÒu khã kh¨n. V× lóc ®ã tõ th«ng Fd vµ Fq cã liªn quan víi nhau vµ tr¹ng th¸i b·o hoµ theo hai ph­¬ng ®ã lµ kh¸c nhau. Nh­ vËy X­d kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo Fd mµ cßn phô thuéc vµo Fq, vµ X­d còng t­¬ng tù. §Ó ®¬n gi¶n, ta cho r»ng tõ th«ng däc trôc vµ ngang trôc chØ ¶nh h­ëng theo h­íng trôc vµ gi¶ sö r»ng møc ®é b·o hoµ theo h­íng ngang trôc lµ ®· biÕt (Kmq ®· biÕt). Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p: = - IdXd - IqXq - r­ (1 - 7) VÏ ®å thÞ vect¬ cho ph­¬ng tr×nh (1 - 7), tr­íc hÕt ta vÏ vect¬ , r­ , Jr­ , ta ®­îc Ed råi tõ h­íng X­q ta vÏ ®o¹n: CD = X­q = Vµ x¸c ®Þnh ph­¬ng cña E. H×nh 1.7: §å thÞ vect¬ s®® cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cùc låi khi b·o hoµ E F D O I j y Ir ­ U ­ jIX d C E y ­q cos y V× ®iÓm D n»m trªn ph­¬ng cña nªn ®o¹n th¼ng CF th¼ng gãc víi ph­¬ng cña E chÝnh lµ qX­q §èi víi m¸y ph¸t ®iÖn cùc Èn ta còng cã thÓ dùa trªn ph­¬ng tr×nh ®iÖn ¸p ë tr­êng hîp m¹ch tõ kh«ng b·o hoµ. = - j(X­ + Xd­) - r­ (1 - 8) Lóc nµy x¸c ®Þnh E0 b»ng ®å thÞ Potier Fd = F0 + F­ => F0 = Fd - F­ H×nh 1.8: §å thÞ Potier m¸y ph¸t ®ång bé cùc Èn jIX d ­ ­ Ir U I j y jIX ­ E d E d q d F f F I O F k ­ F ­ f j + d U O b. Tr­êng hîp ®éng c¬ ®iÖn: Khi chuyÓn sang lµm viÖc nh­ ®éng c¬ ®iÖn ®ång bé, m¸y ph¸t ra c«ng suÊt ©m ®­a vµo m¹ng ®iÖn hay nãi kh¸c ®i lµ tiªu thô c«ng suÊt ®iÖn lÊy tõ m¹ng ®Ó biÕn thµnh c¬ n¨ng. Th«ng th­êng ®éng c¬ ®ång bé cã cÊu t¹o cùc låi, ta viÕt ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p cho tr­êng hîp ®éng c¬. = + j dXd + jqXq + r­ (1 - 9) Ta cã thÓ vÏ ®å thÞ vect¬ cho 2 tr­êng hîp: ThiÕu kÝch tõ vµ khi qu¸ kÝch tõ. Tõ ®å thÞ sÏ cho ta thÊy c«ng suÊt do ®éng c¬ tiªu thô tõ m¹ng ®iÖn lµ: P = m . U . I .Cosj < 0 H×nh 1.9: Khi thiÕu kÝch thÝch U Ir­ E I j y q Iq jIqXq jIdXd Id H×nh 1.10: Khi qu¸ kÝch thÝch I Id Iq q j jIdXd jIqXq U E 2. C¸c ®Æc tÝnh cña m¸y ph¸t ®ång bé Khi vËn hµnh b×nh th­êng m¸y ph¸t ®ång bé cung cÊp cho t¶i ®èi xøng. ChÕ ®é nµy phô thuéc vµo hé tiªu thô ®iÖn n¨ng nèi víi m¸y ph¸t, c«ng suÊt cung cÊp cho t¶i kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ ®Þnh møc mµ ph¶i gÇn b»ng ®Þnh møc. MÆt kh¸c ë chÕ ®é nµy th«ng qua c¸c ®¹i l­îng nh­ ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, dßng kÝch tõ, hÖ sè Cosj, tÇn sè f, vµ tèc ®é quay n. §Ó ph©n tÝch ®Æc tÝnh lµm viÖc cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé ta dùa vµo 3 ®¹i l­îng chñ yÕu lµ: U, I, If thµnh lËp c¸c ®­êng ®Æc tÝnh sau: a. §Æc tÝnh kh«ng t¶i: §Æc tÝnh kh«ng t¶i lµ quan hÖ: E = U0 = f (it), khi I = 0 vµ f = f®m. D¹ng ®Æc tÝnh kh«ng t¶i cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cùc Èn vµ cùc låi kh¸c nhau kh«ng nhiÒu vµ cã thÓ biÓu thÞ theo ®¬n vÞ t­¬ng ®èi: E* = E E®m i* = it it®m0 Trong ®ã it®mo lµ dßng ®iÖn kh«ng t¶i khi U = U®m E* it* (2) (1) H×nh 1.11: §Æc tÝnh kh«ng t¶i cña m¸y ph¸t ®ång bé §­êng 1: Víi m¸y cùc Èn §­êng 2: Víi m¸y cùc låi b. §Æc tÝnh ng¾n m¹ch: §Æc tÝnh ng¾n m¹ch lµ quan hÖ gi÷a dßng ng¾n m¹ch vµ dßng kÝch tõ In = f(it) khi U = 0, Zt = 0, f = f®m XÐt tr­êng hîp bá qua ®iÖn trë d©y quÊn phÇn øng (r­ = 0) th× m¹ch ®iÖn d©y quÊn phÇn øng lóc ng¾n m¹ch lµ thuÇn c¶m Y = 900 , nh­ vËy Iq = CosY = 0 vµ Id = IsinY = I §å thÞ vect¬ cña m¸y ph¸t lóc ng¾n m¹ch dùa vµo ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p: = = jdXd - jqXq - r­ V× r­ = 0; Iq = 0 nªn: Ta ®­îc: = jXd (1 - 10) Lóc nµy s¬ ®å thay thÕ cña m¸y lµ: H×nh 1.12: §å thÞ vÐct¬ lóc ng¾n m¹ch vµ s¬ ®å thay thÕ cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé Xs­ I E X­d jIXd jIX­d jIXs­ I (a) (b) E Lóc ng¾n m¹ch, ph¶n øng phÇn øng lµ khö tõ, m¹ch tõ cña m¸y kh«ng b·o hoµ. V× tõ th«ng khe hë Fd cÇn thiÕt ®Ó sinh ra: Ed =E-IX­d= IXd­ rÊt nhá nªn quan hÖ I = f(it) lµ mét ®­êng th¼ng. H×nh 1.13: §Æc tÝnh ng¾n m¹ch m¸y ph¸t it I I = f(it) c. §Æc tÝnh ngoµi §Æc tÝnh ngoµi lµ quan hÖ U = f(I). Khi it = const, cosj = const vµ f = f®m. §Æc tÝnh ngoµi cho thÊy lóc dßng ®iÖn kÝch tõ kh«ng ®æi, ®iÖn ¸p m¸y ph¸t thay ®æi theo t¶i. H×nh 1.14: §Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t ®ång bé I U U®m U I®m L R C Tõ h×nh 1.14 ta thÊy ®Æc tÝnh ngoµi phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña t¶i. NÕu t¶i cã tÝnh c¶m, khi I t¨ng ph¶n øng phÇn øng bÞ khö tõ, ®iÖn ¸p gi¶m nªn ®­êng ®Æc tÝnh ®i xuèng. NÕu t¶i cã tÝnh dung th× I t¨ng, ph¶n øng phÇn øng lµ trî tõ, ®iÖn ¸p t¨ng lªn nªn ®­êng ®Æc tÝnh ®i lªn. Khi t¶i lµm thuÇn trë th× ®­êng ®Æc tÝnh gÇn nh­ song song víi trôc hoµnh. d. §Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé §Æc tÝnh ®iÒu chØnh lµ quan hÖ : it = f(I) khi U = const, Cosj = const vµ f = f®m. Nã cho biÕt chiÒu h­íng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn it cña m¸y ph¸t sao cho ®iÖn ¸p U ë ®Çu cùc m¸y ph¸t lµ kh«ng ®æi. L I®m H×nh 1.15: §Æc tÝnh ®iÒu chØnh m¸y ph¸t ®ång bé I C R ito O it Ta thÊy víi t¶i c¶m, khi I t¨ng t¸c dông khö tõ cña ph¶n øng phÇn øng còng t¨ng nªn U bÞ gi¶m. §Ó gi÷ ®iÖn ¸p U kh«ng ®æi th× ta ph¶i t¨ng dßng ®iÖn kÝch tõ it. Ng­îc l¹i víi t¶i ®iÖn dung khi I t¨ng mµ muèn gi÷ U kh«ng ®æi th× ph¶i gi¶m dßng ®iÖn kÝch tõ it. Th«ng th­êng Cosj = 0,8 (thuÇn c¶m), th× tõ kh«ng t¶i (U=U®m, I=0) ®Õn t¶i ®Þnh møc (U = U®m, I = I®m ) th× ph¶i t¨ng dßng ®iÖn tõ ho¸ tõ 1,7 ®Õn 2,2 lÇn. e. §Æc tÝnh t¶i cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé §Æc tÝnh t¶i lµ quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t vµ dßng ®iÖn kÝch thÝch. U = f(it) khi I = Const, Cosj = const vµ f = f®m. Víi c¸c trÞ sè kh¸c nhau cña I vµ Cosj sÏ cã ®Æc tÝnh kh¸c nhau, trong ®ã cã ý nghÜa nhÊt lµ t¶i thuÇn c¶m øng víi Cosj = 0 (j = p/2) vµ I = I®m. §Ó x©y dùng ®­êng ®Æc tÝnh t¶i ta ph¶i ®iÒu chØnh rt vµ Z sao cho I = I®m, vµ d¹ng ®Æc tÝnh nµy ®­îc biÓu diÔn ë t¶i thuÇn c¶m lµ chñ yÕu. §­êng ®Æc tÝnh t¶i c¶m cã thÓ suy ra ®­îc tõ ®Æt tÝnh kh«ng t¶i vµ tam gi¸c ®iÖn kh¸ng. Tr­íc hÕt vÏ ®­êng ®Æc tÝnh kh«ng t¶i vµ ®Æc tÝnh ng¾n m¹ch råi thµnh lËp ®­îc tam gi¸c ®iÖn kh¸ng sau ®ã tÞnh tiÕn trªn ®­êng ®Æc tÝnh kh«ng t¶i ta vÏ ®­îc ®Æc tÝnh t¶i c¶m. H×nh 1.16: §Æc tÝnh t¶i khi t¶i thuÇn c¶m it U A' O' B' C' A B C O I®m I = f(it) U = f(it) E = f(it) I Ed Dùng ®­êng ®Æc tÝnh t¶i nh­ sau: f. Hä ®Æc tÝnh h×nh V m¸y ph¸t ®iÖn. Quan hÖ: I = f(it) khi P = const. ito it I B n A m H×nh 1.17: Hä ®Æc tÝnh h×nh V cña m¸y ph¸t ®ång bé ThiÕu kÝch thÝch Qu¸ kÝch thÝch Víi mçi gi¸ trÞ cña P = const, ta thay ®æi Q vµ vÏ ®å thÞ suÊt ®iÖn ®éng ta x¸c ®Þnh ®­îc ®Æc tÝnh h×nh V cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. Thay ®æi gi¸ trÞ cña P ta thµnh lËp ®­îc mét hä c¸c ®Æc tÝnh h×nh V nh­ sau Trªn h×nh, ®­êng Am ®i qua c¸c ®iÓm cùc tiÓu cña hä ®Æc tÝnh, t­¬ng øng víi Cosj = 1. Bªn ph¶i ®­êng Am øng víi t¶i c¶m (j > 0) lµ chÕ ®é lµm viÖc qu¸ kÝch thÝch, khu vùc bªn tr¸i Am øng víi t¶i cã tÝnh dung (j < 0) lµ chÕ ®é lµm viÖc thiÕu kÝch thÝch cña m¸y. §­êng Bn lµ giíi h¹n lµm viÖc æn ®Þnh khi m¸y ph¸t ë chÕ ®é thiÕu kÝch thÝch. 1.5. ChÕ ®é thuËn nghÞch cña m¸y ®iÖn, 3 chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y ®iÖn ®ång bé 3 pha. 1. ChÕ ®é m¸y ph¸t: ChÕ ®é m¸y ph¸t lµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi c¬ n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng, hay nãi c¸ch kh¸c lµ m¸y ®iÖn lµm viÖc ë tr­êng hîp P > 0 vµ Q > 0. Tøc lµ m¸y ph¸t ra c«ng suÊt t¸c dông cÊp cho t¶i thuÇn trë, vµ ph¸t ra c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÊp cho t¶i cã tÝnh c¶m. ë tr­êng hîp nµy cã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p: 0 = + R + jXd (1 - 11) Søc ®iÖn ®éng ë r«to lín h¬n ®iÖn ¸p ë ®Çu cùc m¸y ph¸t. Do ®ã m¸y ph¸t ra c«ng suÊt P > 0 vµ Q > 0 cho l­íi: Khi r«to quay sinh ra E0, nªn E0 còng quay. VËy chÕ ®é m¸y ph¸t th× E0 v­ît tr­íc U. Kh¶ n¨ng t¶i cña m¸y ph¸t khi lµm viÖc ë chÕ ®é qu¸ t¶i, dßng ®iÖn t¨ng, ®iÖn ¸p gi¶m. Lóc nµy m¸y ph¸t lµm viÖc ë tr¹ng th¸i qu¸ t¶i, mµ muèn cho ®iÖn ¸p kh«ng thay ®æi th× m¸y ph¸t lµm viÖc ë chÕ ®é kÝch tõ c­ìng bøc (qu¸ kÝch thÝch) ®Ó ph¸t ra c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cho l­íi. Khi m¸y ph¸t bÞ non t¶i th× dßng gi¶m, ®iÖn ¸p t¨ng vµ lín h¬n søc ®iÖn ®éng do phÇn øng sinh ra. Lóc nµy ®Ó cho ®iÖn ¸p kh«ng ®æi th× m¸y ph¸t ph¶i lµm viÖc ë chÕ ®é thiÕu kÝch thÝch ®Ó tiªu thô bít mét phÇn ®iÖn ¸p r¬i ë ®Çu cùc m¸y ph¸t. ë m¸y ph¸t ®iÖn c«ng suÊt ®iÖn tõ ®­îc chuyÓn tõ r«to sang stato b»ng c«ng suÊt c¬ ®­a vµo trõ c¸c tæn hao trong thÐp r«to vµ stato. 2. ChÕ ®é ®éng c¬: Nguyªn lý chung cña ®éng c¬ lµ biÕn ®æi c«ng suÊt ®iÖn thµnh c«ng suÊt c¬. ë chÕ nµy ta cung cÊp c«ng suÊt ®iÖn P = ui, d­íi t¸c dông cña tõ tr­êng ë cùc tõ sÏ sinh ra mét lùc ®iÖn tõ: F®t = Bil. C«ng suÊt ®iÖn ®­a vµo ®éng c¬: P = ui = ei = Bil . V = F®t . V. Nh­ vËy c«ng suÊt ®iÖn P® = ui ®­a vµo ®éng c¬ ®· biÕn thµnh c«ng suÊt c¬: Pc¬ = F®t . V trªn trôc ®éng c¬. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p ë chÕ ®é ®éng c¬. = - jXd - R (1 - 12) ë tr­êng hîp nµy ta xÐt cho ®éng c¬ ®ång bé, ®éng c¬ ®ång bé cã cÊu t¹o vµ ®Æc tÝnh còng gièng nh­ m¸y ph¸t. §éng c¬ ®ång bé lµm viÖc víi Cosj cao h¬n vµ Ýt hoÆc kh«ng tiªu thô c«ng suÊt ph¶n kh¸ng Q cña l­íi ®iÖn lµ nhê thay ®æi dßng ®iÖn tõ ho¸ (dßng kÝch tõ). Do ®ã ®éng c¬ cã thÓ ph¸t ra c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ®­a vµo l­íi ®iÖn. §éng c¬ ®ång bé kh¸c víi m¸y ph¸t ®ång bé lµ khi thiÕu kÝch thÝch ®éng c¬ tiªu thô c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cña l­íi ®iÖn (j > 0) vµ khi qu¸ kÝch thÝch ®éng c¬ ph¸t ra c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ®­a vµo l­íi (j < 0). V× vËy trong mét sè tr­êng hîp ng­êi ta sö dông chÕ ®é qu¸ kÝch thÝch cña ®éng c¬ ®Ó lµm m¸y bï. 3. ChÕ ®é m¸y bï ®éng c¬. M¸y bï ®ång bé thùc chÊt lµ mét ®éng c¬ ®ång bé lµm viÖc ë chÕ ®é kh«ng t¶i víi dßng kÝch tõ ®­îc ®iÒu chØnh ®Ó m¸y ph¸t ra hoÆc tiªu thô c«ng suÊt ph¶n kh¸ng do ®ã duy tr× ®­îc ®iÖn ¸p cña l­íi ®iÖn. ChÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng cña m¸y bï ®ång bé lµ chÕ ®é qu¸ kÝch thÝch cña ®éng c¬ ®ång bé ®Ó ph¸t ra c«ng suÊt ph¶n kh¸ng bï vµo l­íi ®iÖn. ë tr­êng hîp nµy m¸y bï nh­ mét tô bï hay cßn gäi lµ m¸y ph¸t c«ng suÊt ph¶n kh¸ng. Tr­êng hîp hé tiªu thô t¨ng t¶i th× dßng t¨ng, ¸p gi¶m th× m¸y bï lµm viÖc ë chÕ ®é qu¸ kÝch thÝch. Khi t¶i gi¶m, ®iÖn ¸p t¨ng, dßng gi¶m th× m¸y bï lµm viÖc ë chÕ ®é thiÕu kÝch thÝch ®Ó tiªu thô bít mét phÇn ®iÖn ¸p r¬i trªn ®­êng d©y lµm cho ®iÖn ¸p khái t¨ng qu¸ gi¸ trÞ ®Þnh møc. Ch­¬ng II C¸c s¬ ®å kÝch tõ cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé 2.1. Kh¸i niÖm chung HÖ thèng kÝch tõ cã nhiÖm vô cung cÊp dßng mét chiÒu cho c¸c cuén d©y kÝch thÝch cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. Nã ph¶i cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh b»ng tay hoÆc tù ®ång ®iÒu chØnh dßng kÝch thÝch ®Ó ®¶m b¶o m¸y ph¸t lµm viÖc æn ®Þnh kinh tÕ, víi chÊt l­îng ®iÖn n¨ng cao trong mäi t×nh huèng. Trong chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng, ®iÒu chØnh dßng kÝch tõ sÏ ®iÒu chØnh ®­îc ®iÖn ¸p ë ®Çu cùc m¸y ph¸t, thay ®æi l­îng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ph¸t vµo l­íi ®iÖn. ThiÕt bÞ tù ®éng ®iÒu chØnh kÝch tõ (T§K) lµm viÖc nh»m gi÷a ®iÖn ¸p m¸y ph¸t kh«ng ®æi khi phô t¶i biÕn ®éng. Ngoµi ra T§K cßn nh»m c¸c môc ®Ých kh¸c nh­ n©ng cao giíi h¹n c«ng suÊt truyÒn t¶i tõ m¸y ph¸t ®iÖn vµo hÖ thèng, ®Æc biÖt khi nhµ m¸y nèi víi hÖ thèng qua ®­êng d©y dµi, ®¶m b¶o æn ®Þnh tÜnh n©ng cao tÝnh æn ®Þnh ®éng cho hÖ thèng ®iÖn. Trong chÕ ®é sù cè th× hÖ thèng kÝch tõ lµm viÖc ë chÕ ®é c­ìng bøc ®Ó duy tr× ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t. §Ó cung cÊp tin cËy dßng mét chiÒu cho cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t ®ång bé, cÇn ph¶i cã mét hÖ thèng kÝch tõ c«ng suÊt ®ñ lín (th­êng dïng c¸c lo¹i m¸y ph¸t mét chiÒu, m¸y ph¸t xoay chiÒu tÇn sè cao vµ chØnh l­u...). Nh­ vËy mét hÖ thèng kÝch tõ lµm viÖc tin cËy ph¶i ®¶m b¶o ®­îc nh÷ng yÕu tè c¬ b¶n sau: 1. Cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh dßng kÝch tõ: it = Ut/rt ®Ó duy tr× ®iÖn ¸p m¸y ph¸t U trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc b×nh th­êng. 2. C­ìng bøc kÝch thÝch ®Ó gi÷ ®ång bé m¸y ph¸t víi l­íi khi ®iÖn ¸p l­íi h¹ thÊp do x¶y ra ng¾n m¹ch ë xa. Muèn vËy hÖ thèng kÝch tõ ph¶i cã kh¶ n¨ng t¨ng nhanh gÊp ®«i dßng kÝch tõ trong kho¶ng thêi gian t = 0,5s. Hay: Utm(0,5) - Ut®m = 2 Ut®m 3. Cã kh¶ n¨ng triÖt tõ tr­êng kÝch thÝch, nghÜa lµ gi¶m nhanh dßng ®iÖn kÝch thÝch it ®Õn 0 mµ ®iÖn ¸p kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp. 2.2. Ph©n lo¹i vµ ®Æc ®iÓm cña c¸c hÖ thèng kÝch tõ Ta cã thÓ chia hÖ thèng kÝch tõ thµnh 3 nhãm chÝnh: - HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu. - HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu vµ chØnh l­u. - HÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. 1. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu T§K R®c H×nh 2.1: S¬ ®å kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu f §Ó ®iÒu chØnh dßng kÝch tõ it ta ®iÒu chØnh b»ng tay ®iÖn trë R®c nh»m lµm thay ®æi dßng ®iÖn trong cuén d©y kÝch tõ chÝnh Wf. Dßng vµ ¸p trong c¸c cuén W2 vµ W3 thay ®æi nhê bé T§K, bé nµy nhËn tÝn hiÖu th«ng qua m¸y biÕn dßng BI vµ m¸y biÕn ®iÖn ¸p BU ë phÝa ®Çu cùc m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. Cuén W2 ®iÒu chØnh t­¬ng øng víi chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng, cßn cuén W3 lµm viÖc øng víi chÕ ®é kÝch thÝch c÷ng bøc khi cã sù cè. a. HÖ thèng kÝch tõ song song T§K R®c H×nh 2.2: S¬ ®å kÝch tõ song song Víi s¬ ®å nµy m¸y ph¸t kÝch tõ phô tù kÝch song song, dßng kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch (FKT) cã thÓ thay ®æi ®­îc nhê R®c cho phÐp ®iÒu chØnh b»ng tay dßng ®iÖn cuén d©y kÝch tõ WKT. Khi lµm viÖc dßng ®iÖn kÝch tõ thay ®æi lµ nhê bé tù ®éng ®iÒu chØnh kÝch tõ (T§K), bé phËn nµy nhËn tÝn hiÖu tõ ®Çu ra cña m¸y ph¸t ®iÖn qua bé biÕn dßng vµ biÕn ®iÖn ¸p ®o l­êng ®Ó thùc hiÖn mäi qu¸ tr×nh tù ®éng thay ®æi dßng kÝch tõ cho m¸y ph¸t. + ¦u ®iÓm: lµm viÖc tin cËy, ®¬n gi¶n, gi¸ thµnh thÊp nh­ng cã nh­îc ®iÓm lµ khi cÇn söa ch÷a m¸y kÝch thÝch th× ph¶i dõng m¸y ph¸t. ViÖc chÕ t¹o m¸y ph¸t mét chiÒu bÞ h¹n chÕ nªn chØ sö dông cho c¸c lo¹i m¸y ph¸t c«ng suÊt trung b×nh vµ nhá. T§K RKTF RKT H×nh 2.3: S¬ ®å kÝch tõ ®éc lËp F b. HÖ thèng kÝch tõ ®éc lËp HÖ thèng nµy dïng 2 m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu mét m¸y kÝch tõ phô vµ mét m¸y kÝch tõ chÝnh. M¸y ph¸t kÝch tõ phô tù kÝch song song, dßng kÝch tõ trong cuén WKT cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc nhê biÕn trë RKTf vµ RKT. Dßng vµ ¸p trong cuén WF cña m¸y ph¸t thay ®æi nhê bé T§K thay ®æi dßng vµ ¸p ®Æt lªn cuén WKTf, bé nµy nhËn tÝn hiÖu tõ ®Çu ra cña m¸y ph¸t th«ng qua bé ®o l­êng dïng bé biÕn dßng BI vµ ®iÖn ¸p BU. Khi thay ®æi dßng kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch phô th× thay ®æi dßng kÝch tõ m¸y kÝch thÝch dÉn ®Õn thay ®æi ®­îc dßng ®iÖn kÝch tõ cña m¸y ph¸t chÝnh. + ¦u ®iÓm: lµm viÖc tin cËy, ®é ®iÒu chØnh réng. + Nh­îc ®iÓm: kÕt cÊu phøc t¹p, gi¸ thµnh cao nªn chØ dïng cho c¸c m¸y ph¸t c«ng suÊt trung b×nh vµ nhá. 2. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t xoay chiÒu vµ chØnh l­u T§K H×nh 2.3: HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t xoay chiÒu tÇn sè cao vµ chØnh l­u w 3 w 2 w 1 cl F f bi bu F w f a. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t xoay chiÒu tÇn sè cao vµ chØnh l­u M¸y ph¸t xoay chiÒu tÇn sè cao ®­îc chÕ t¹o theo kiÓu c¶m øng. R«to kh«ng cã cuén d©y mµ chØ cã 10 r·nh trªn bÒ mÆt r«to.Cuén kÝch tõ ®Æt ë phÇn tÜnh, tõ th«ng thay ®æi ®­îc lµ nhê kÕt cÊu r¨ng r·nh. Dßng ®iÖn vµ tÇn sè cña m¸y kÝch tõ tÇn sè 500Hz ®­îc nèi trùc tiÕp qua chØnh l­u cÊp cho cuén d©y kÝch tõ chÝnh cña m¸y ph¸t. Cuén d©y kÝch tõ chÝnh WF ®­îc nèi víi t¶i cña nã lµ cuén d©y W1 cña m¸y xoay chiÒu tÇn sè cao vµ ®­îc nèi nèi tiÕp. C¸c cuén W2 vµ W3 ®­îc cung cÊp qua bé T§K, bé nµy nhËn tÝn hiÖu tõ ®Çu cùc cña m¸y ph¸t chÝnh. + ¦u ®iÓm: s¬ ®å nµy cã ­u ®iÓm h¬n hÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t mét chiÒu, th­êng ®­îc dïng cho nh÷ng m¸y cã c«ng suÊt lín. + Nh­îc ®iÓm: vÉn cßn tån t¹i vµnh tr­ît vµ chæi than ®Ó cung cÊp dßng mét chiÒu kÝch tõ cho r«to m¸y ph¸t ®ång bé. T§K PhÇn quay H×nh 2.4: HÖ thèng kÝch tõ kh«ng vµnh tr­ît b. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu kh«ng vµnh tr­ît. Víi hÖ thèng nµy ta nh»m môc ®Ých t¨ng c«ng suÊt kÝch tõ lín h¬n. Trong hÖ thèng ng­êi ta dïng mét m¸y ph¸t xoay chiÒu 3 pha quay cïng trôc víi m¸y ph¸t chÝnh lµm nguån cung cÊp. M¸y ph¸t kÝch tõ xoay chiÒu cã kÕt cÊu ®Æc biÖt, cuén kÝch tõ ®Æt ë stato, cßn cuén d©y ba pha ®Æt ë r«to. Dßng xoay chiÒu ba pha t¹o ra ë m¸y ph¸t kÝch ®uîc chØnh l­u thµnh mét chiÒu nhê bé chØnh l­u c«ng suÊt lín. Cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t chÝnh nhËn trùc tiÕp dßng mét chiÒu qua chØnh l­u kh«ng qua vµnh tr­ît vµ chæi than. §Ó cung cÊp dßng mét chiÒu cho cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch ng­êi ta dïng mét bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn mµ nguån cung cÊp cña nã cã thÓ lÊy tõ mét m¸y ph¸t xoay chiÒu tÇn sè cao hoÆc tõ mét nguån cô thÓ kh¸c. Bé T§K t¸c ®éng trùc tiÕp vµo bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. T§K nhËn tÝn hiÖu ë ®Çu cùc m¸y ph¸t qua bé BI vµ BU lµm thay ®æi dßng kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch dÉn ®Õn lµm thay ®æi dßng ®iÖn kÝch tõ cña m¸y ph¸t chÝnh. + ¦u ®iÓm: M¸y ph¸t kÝch tõ cã c«ng suÊt lín, ®iÖn ¸p kÝch tõ giíi h¹n lín, h»ng sè thêi gian ®iÒu chØnh kÝch tõ nhá. + Nh­îc ®iÓm: kÕt cÊu cña m¸y ph¸t ®iÖn chÝnh phøc t¹p dÉn ®Õn gi¸ thµnh cao. 3. HÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. T§K H×nh 2.5: S¬ ®å kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn §Ó cã ®iÖn ¸p kÝch tõ giíi h¹n lín th× tèc ®é t¨ng ®iÖn ¸p kÝch tõ cµng nhanh. Tøc lµ h»ng sè thêi gian cña hÖ thèng kÝch tõ nhá, h»ng sè nµy phô thuéc vµo tÝn hiÖu ra cña bé tù ®éng ®iÒu khiÓn kÝch tõ (T§K) vµ hÖ thèng kÝch tõ cô thÓ. V× vËy hÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn lµ hîp lý h¬n c¶, xung ®iÒu khiÓn nhê t¸c ®éng cña T§K, bé nµy nhËn tÝn hiÖu tõ ®Çu ra cña m¸y ph¸t vµ t¸c ®éng trùc tiÕp vµo ®iÖn ¸p kÝch tõ cña m¸y ph¸t. Víi s¬ ®å nµy dßng mét chiÒu ®­îc cung cÊp cho cuén kÝch tõ ®­îc nhËn tõ mét nguån tõ m¸y ph¸t xoay chiÒu hoÆc lÊy ®iÖn ¸p ra ë ®Çy cùc m¸y ph¸t qua chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. ChØnh l­u nµy ®­îc dïng b»ng c¸c Tiristo hoÆc chØnh l­u thuû ng©n cã cùc ®iÒu khiÓn cã c«ng suÊt lín. Xung ®iÒu khiÓn ®­îc nhËn trùc tiÕp tõ bé T§K, bé nµy lÊy tÝn hiÖu tõ ®Çu ra cña m¸y ph¸t ®Ó lµm thay ®æi dßng, ¸p kÝch tõ cña m¸y ph¸t. + ¦u ®iÓm: hÖ thèng kÝch tõ ®¬n gi¶n, ®iÒu khiÓn rÊt nhanh, lµm viÖc tin cËy nªn ®­îc ¸p dông réng r·i trong c¸c m¸y cã c«ng suÊt lín. 2.3. Mét sè s¬ ®å kÝch tõ cña m¸y ph¸t ®ång bé tù kÝch T­¬ng tù nh­ m¸y ph¸t mét chiÒu, m¸y ph¸t ®ång bé còng cã thÓ tù kÝch. Tr­êng hîp nµy cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ®ång bé ®­îc n¹p ®iÖn tõ phÇn øng cña m¸y ph¸t qua chØnh l­u. §Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh tù kÝch vµ æn ®Þnh ®iÖn ¸p ta dïng nguyªn t¾c khö hoÆc ho¹t ®éng theo nguyªn lý ®iÒu chØnh (gäi lµ bé ®iÒu chØnh phøc hîp pha). Khö ¶nh h­ëng cña t¶i lªn m¸y ph¸t b»ng c¸ch t¹o ra sù phô thuéc cña dßng kÝch tõ víi dßng t¶i c¶ vÒ gi¸ trÞ lÉn vÒ pha. Ta cã 2 ph­¬ng ph¸p t¹o ®iÖn ¸p n¹p cuén kÝch. H×nh 2.6: S¬ ®å d©y nèi m¸y ph¸t tù kÝch ë hÖ thèng khö dßng t¶i thùc hiÖn céng nèi tiÕp 1. Thùc hiÖn céng nèi tiÕp t¸c dông cña m¹ch ¸p vµ dßng råi qua chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn. 2. Thùc hiÖn céng song song t¸c dông cña m¹ch ¸p vµ dßng. H×nh 2.6: S¬ ®å d©y nèi m¸y ph¸t tù kÝch ë hÖ thèng khö dßng t¶i thùc hiÖn céng song song cã cuén c¶m Nh÷ng bé phËn chÝnh cña 2 s¬ ®å trªn D: cuén c¶m PP: bé biÕn dßng Cuén kh¸ng D ®Æt ë m¹ch ®iÖn ¸p cã nhiÖm vô lµ t¹o sù phô thuéc cña ®iÖn ¸p m¸y ph¸t víi gãc c«ng suÊt vµ sù gi¶m nhiÖt ®é cña cuén d©y lªn m¸y ph¸t. Tõ hai nguyªn lý tæng qu¸t trªn, ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh æn ®Þnh ®iÖn ¸p cho m¸y ph¸t ta cã thÓ sö dông mét sè hÖ thèng phøc hîp pha nh­ sau: a. HÖ thèng phøc hîp pha kh«ng ®iÒu chØnh. HÖ thèng nµy ®¬n gi¶n, tin cËy, thêi gian trë vÒ cña ®iÖn ¸p æn ®Þnh phô thuéc vµo c¸c th«ng sè cña m¸y. Dßng æn ®Þnh cña hÖ thèng ®­îc x¸c ®Þnh b»ng tæng trë m¹ch ngoµi, ®Æc tÝnh ng¾n m¹ch vµ c¸c th«ng sè cña m¹ch ®iÒu chØnh. b. HÖ thèng phøc hîp pha ®iÒu chØnh. HÖ thèng nµy t¨ng ®é chÝnh x¸c æn ®Þnh ®iÖn ¸p m¸y ph¸t, hÖ thèng ®­îc kÕt hîp c¶ 2 ph­¬ng ph¸p lµ khö vµ ®iÒu chØnh. Kh¸c víi hÖ thèng phøc hîp pha kh«ng ®iÒu chØnh lµ ph¶n ¶nh lªn sù thay ®æi nhiÖt ®é vµ tèc ®é. TÝn hiÖu t¹o ra ë kh©u phô nµy tû lÖ víi sai sè vµ ®­îc dÉn tíi bé phËn phøc hîp cã ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng theo h­íng lµm gi¶m sai sè. §é chÝnh x¸c cña hÖ thèng phô thuéc vµo tõng lo¹i hÖ thèng phô. c. HÖ thèng cã ®iÒu chØnh (m¾c song song) HÖ thèng nµy chØ cã ph¶n håi ®iÖn ¸p cña phÇn øng. B»ng c¸ch gi¶i quyÕt nµy ta ®· ®¬n gi¶n ®i rÊt nhiÒu nªn hÖ thèng cã kÝch th­íc vµ träng l­îng nhá h¬n nhiÒu so víi bé phøc hîp pha. 2.4. §iÒu kiÖn tù kÝch cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. §iÒu kiÖn tù kÝch cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé lµ : cã l­îng tõ d­ ®ñ lín trong c¸c cùc tõ ®Ó khi r«to quay t¹o ra søc ®iÖn ®éng Ed­ trong d©y quÊn phÇn øng. NÕu m¸y míi sö dông lÇn ®Çu hoÆc mÊt tõ d­ th× ph¶i dïng nguån ngoµi (¾c quy...) ®Ó kÝch tõ l¹i. Dßng kÝch tõ ph¶i t¹o ra tõ tr­êng cïng chiÒu víi tõ d­ trong m¸y. NÕu tõ tr­êng do dßng kÝch tõ t¹o ra ng­îc chiÒu víi tõ tr­êng do tõ d­ sinh ra th× sÏ bÞ khö tõ d­ vµ m¸y ph¸t sÏ kh«ng thÓ thµnh lËp ®­îc ®iÖn ¸p ë ®Çu cùc. Cã ®iÖn trë m¹nh kÝch tõ nhá ®Î ®¶m b¶o cho sù gia t¨ng cña dßng kÝch tõ. Lµm cho tõ tr­êng t¨ng lªn trong qu¸ tr×nh tù kÝch cho ®Õn khi ®¹t ®­îc ®iÖn ¸p ra æn ®Þnh. Nh»m c¶i thiÖn ®iÒu kiÖn tù kÝch ng­êi ta dïng hai ph­¬ng ph¸p sau: a. Dïng miÕng ®Öm b»ng nam ch©m vÜnh cöu t¹i c¸c cùc tõ. b. T¨ng dßng kÝch tõ b»ng céng h­ëng, ta m¾c nèi tiÕp c¸c tô ®iÖn vµ c¸c cuén kh¸ng. §Ó ®¶m b¶o cho qu¸ tr×nh tù kÝch th×: Xc ³ XS vµ tÇn sè céng h­ëng ®­îc chän tõ 85% ®Õn 90% tÇn sè ®Þnh møc cña m¸y. Trong hÖ thèng phøc hîp pha cã ®iÒu chØnh th× kh«ng nªn dïng tô bëi v× lóc nµy tô ®iÖn cã ¶nh h­ëng ®Õn bé tù ®éng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p (T§K) cña hÖ thèng. Ngoµi nh÷ng biÖn ph¸p trªn, ®Ó cho qu¸ tr×nh tù kÝch ®­îc dÔ dµng ng­êi ta cßn sö dông: + Sö dông m¹ch phô n¹p tõ c¸c cùc cña m¸y ph¸t, m¹ch nµy sÏ tù ®éng ng¾t ra khi qu¸ tr×nh tù kÝch ®· kÕt thóc. + M¾c song song c¸c phÇn tö cã trong m¹ch ®iÖn ¸p mét ®iÖn trë nhá. + Dïng mét nguån ngoµi (¾c quy hoÆc m¸y ph¸t tèc) trong qu¸ tr×nh tù kÝch. ch­¬ng III ThiÕt kÕ tÝnh to¸n mét ph­¬ng ¸n 3.1. TÝnh to¸n m¹ch ®éng lùc: 1. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¸y ph¸t: Sè liÖu ban ®Çu: M¸y ph¸t chÝnh F cã: S = 200KVA, U®m = 400V, f = 50Hz. Cuén kÝch tõ cã: UKT = 60V; iKT = 56A M¸y ph¸t kÝch FK cã: UK = 60V; I = 60A Cuén d©y kÝch tõ phô CKFK cã: r = 100W iKT = 0,56A R¬ le ®iÖn ¸p RL cã: Hót ë 280V nh¶ ë 140V Khi cã thªm ®iÖn trë R = 56KW th×: Hót ë 300 x 1,7 Nh¶ ë 180 x 1,7 - Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña m¸y ph¸t chÝnh: I®m = S®m = 200 . 103 = 288,7(A) U®m . 400 - §iÖn ¸p pha ®Þnh møc m¸y ph¸t chÝnh If®m = U®m = 400 = 230,9(A) - §iÖn ¸p ®Þnh møc cña m¸y ph¸t kÝch: U®mFK = 60(V) - C«ng suÊt ®Þnh møc cña m¸y ph¸t kÝch P = U®mFK . I®m = 60 x 60 = 3,6(KW) - §iÖn ¸p ®Þnh møc cña cuén d©y kÝch tõ m¸y ph¸t kÝch UKT®mFK = i®m . rKT = 0,56 x 100 = 56(V) rkt = 100 W Uf®m = 231 V Ud Xl th id = 0,56 A H×nh 3.1: S¬ ®å m¹ch lùc 2. TÝnh chän van cho m¹ch lùc: a. TÝnh chän Tiristo (Th): §iÖn ¸p t¶i sau chØnh l­u chÝnh lµ ®iÖn ¸p ®Þnh møc cña cuén d©y kÝch tõ m¸y ph¸t kÝch: Ud = UKT®mFK = 56(V) §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt van ph¶i chÞu lµ: Ungmax = Uf®m = . 231 = 326(V) - Dßng ®iÖn lµm viÖc cña Th chÝnh lµ dßng ®Þnh møc qua cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch. ILVth = id = 0,56(A) §Ó cho Th lµm viÖc an toµn khái bÞ ®¸nh thñng ta ph¶i chän hÖ sè dù tr÷: §èi víi ®iÖn ¸p ta nªn chän: Ku = 1,6 §èi víi dßng ®iÖn: khi lµm viÖc cã c¸nh t¶n nhiÖt víi ®Çy ®ñ diÖn tÝch bÒ mÆt nªn chän dßng lµm viÖc b»ng 40% dßng ®iÖn ®Þnh møc van (I®mv³ 2,5Ilv). VËy ta chän Th chÞu ®­îc ®iÖn ¸p ng­îc vµ dßng ®iÖn: U'ngmax = Ungmax . Ku = 326 x 1,6 = 522(V) I®mth = 2,5 . ILVth = 2,5 x 0,56 = 1,4(A) C¨n cø vµo 2 gi¸ trÞ trªn ta chän Th do h·ng Thomson s¶n xuÊt lo¹i BKY54 - 600T cã c¸c th«ng sè: I®m = 2(A) Ungmax = 600(V) Ug = 1,5(V) Ig = 10(mA) di/dt = 200(A/ms) du/dt = 100(V/ms) DUth = 0,7(V) b. TÝnh chän m¹ch cÊp xung ®iÒu khiÓn: R2 R0 Ug = 1,5 V D6 Ig th M¹ch t¹o xung måi ban ®Çu cã t¸c dông t¹o mét xung ®iÖn ¸p vµ dßng t¸c ®éng vµo cùc ®iÒu khiÓn cña Th, kÝch Th më vµ cÊp dßng ®iÖn kÝch tõ cho m¸y ph¸t kÝch. §Ó ®¶m b¶o Ig = 10(mA) vµ Ug = 1,5(V) th× ta ph¶i chän dßng ®iÖn qua R0 ph¶i lín h¬n gÊp nhiÒu lÇn dßng Ig, ®Ó khi cÊp dßng Ig cho Th th× kh«ng lµm ¶nh h­ëng ®Õn tr¹ng th¸i cña Tr3. VËy ta chän: IR0 = 14. Ig = 14 . 10 = 140(mA) Ta cã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p nh­ sau: Ug = Ig . R2 + DUD6 + IR0 . R0 (3- 1) Lý t­ëng ta chän DUD6 = 0,6(V) §Ó tÝnh ®­îc R2 ta chän R0 VËy chän R0 = 5(W) Tõ (4 - 1) suy ra: R2 = R2 = = 20(W) + Chän §i«t D6: Dßng lµm viÖc cña D6 chÝnh lµ dßng Ig. ID6 = Ig = 10(mA) Víi chØnh l­u 1/2 chu kú th× D6 ph¶i chÞu ®iÖn ¸p ng­îc lµ: UngmaxD = . Ug = . 1,5 = 2,12(V) Ngoµi ra ®Ó ®i«t lµm viÖc an toµn vµ kh«ng bÞ ®¸nh thñng th× ta ph¶i chän hÖ sè dù tr÷ vÒ dßng vµ ¸p cho van. Theo tµi liÖu tham kh¶o 3 ta chän nh­ sau: §èi víi ®iÖn ¸p: KU = 1,6 §èi víi dßng ®iÖn: KI = 1,2 VËy ta chän ®i«t chÞu ®­îc dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ng­îc nh­ sau: U'ngmaxD = KU . Ungmax = 1,6 x 2,12 = 3,4(V) I®mD = KI . ILV = 1,2 x 10 = 12(mA) C¨n cø vµo c¸c th«ng sè trªn ta chän ®i«t cã lo¹i Iд9B do Nga s¶n xuÊt cã c¸c th«ng sè sau: I®m = 20(mA) UN = 30(V) DU = 1(V) R16 Uf®m = 220 V Zd1 Zd2 D5 c. TÝnh nguån cung cÊp cho m¹ch ph¸t xung: Víi lo¹i ®i«t Zener th× lo¹i cã ®iÖn ¸p æn Uæn = 8(V) lµ ­u viÖt nhÊt. VËy ta chän lo¹i ®i«t Zener do Nga s¶n xuÊt, ký hiÖu д814B cã: UZ = 8 ¸ 9,5(V) Imin = 2(mA) Imax = 32(mA) Theo s¬ ®å ta dïng 2 zener m¾c nèi tiÕp nªn ta cã: Uæn = 16(V) + Chän ®i«t chØnh l­u D5. Dßng ®iÖn lµm viÖc cña ®i«t chÝnh lµ dßng ®iÖn lín nhÊt: ID = Imax = 32(mA) V× s¬ ®å chØnh l­u 1/2 chu kú nªn van ph¶i chÞu ®iÖn ¸p ng­îc lµ: Ungmax = . Uæn = . 16 = 22,6(V) T­¬ng tù ®Ó van lµm viÖc an toµn vµ kh«ng bÞ ®¸nh thñng th× ta chän hÖ sè dù tr÷ cho van. Chän KU = 1,6 ë ®©y ta cho van lµm viÖc cã c¸nh t¶n nhiÖt ®Çy ®ñ diÖn tÝch bÒ mÆt, cã qu¹t th«ng giã nªn ta ®­îc phÐp chän: I®mv = 2.5 ID, tøc lµ cho phÐp van lµm viÖc tíi 40% I®mv. VËy ta ph¶i chän ®i«t cã dßng ®Þnh møc vµ chÞu ®­îc ®iÖn ¸p ng­îc nh­ sau: I®mD5 = 2,5Ilv = 2,5 . 32 = 80(mA) U'ngmaxD5 = KU . Ungmax = 1,6 . 22,6 = 36,2(V) VËy tra b¶ng 4 tµi liÖu tham kh¶o 3 ta chän ®i«t KYZ70 cã: Ung = 50(V) IDmax = 2(A) + TÝnh ®iÖn trë R16 §Ó ®¶m b¶o cho nguån cã Uæn = 16(V) th× ta chän nguån khi ch­a cã ®i«t æn ¸p ZD1 vµ ZD2 lµ: U = 20(V) = VBB nh»m ®¶m b¶o cho sù sôt ¸p trªn ®iÖn trë R16 vµ ®i«t D5. VËy ta cã ph­¬ng tr×nh: UR16 = Ul­íi - DUD5 - VBB UR16 = 220 - 0,6 - 20 = 199,4(V) Suy ra: R16 = = 6,2(KW) 3.2. TÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn 1. TÝnh m¹ch t¹o xung khi r¬le ®iÖn ¸p RL hót §Ó tÝnh to¸n chän c¸c linh kiÖn trong m¹ch tao xung ta dùa vµo dßng ®iÖn xung, ®iÖn ¸p xung cÇn më Tiristo vµ ®iÖn ¸p nguån nu«i (E). Víi tÝnh to¸n ë trªn ta ®­îc E = 16(V) R4 R3 Ro R5 E = 16 v C2 Tr1 Tr2 Tr3 ig H×nh 3.3: Bé t¹o xung a. Chän Tr3, Tr2: + ViÖc hän Tr3 b¾t ®Çu tõ dßng emit¬ IETr3 Theo (4 - 2) ®· tÝnh IR0 = 140(mA) Suy ra IETr3 = Ig + IR0 = 10 + 140 = 150(mA) Ngoµi ra trong viÖc chän Tranzito, ®Ó ®¶m b¶o cho Tranzito lµm viÖc an toµn th× UCE0 lóc hë m¹nh n»m trong kho¶ng (1,5 ¸ 2)E cña nguån nu«i. VËy ta chän Tr3 lo¹i NhËt B¶n chÕ t¹o, ký hiÖu: 2SC182 - SN cã c¸c th«ng sè sau: UCB0 = 25(V) UEB0 = 5(V) IC = 150(mA) b = 55: hÖ sè khuyÕch ®¹i + Chän Tranzito (Tr2): §Ó chän Tr2 ta dùa vµo th«ng sè cña Tr3 vµ ph¶i ®¶m b¶o. ICTr2 = IBTr3 UCB0Tr2 = UCB0Tr3 Mµ theo th«ng sè cña Tr3 ta cã: IBTr3 = = 2,7(mA) VËy: ICTr2 = IBTr3 = 2,7(mA) UCB0Tr2 = UCB0Tr3 = 25(V) Nªn ta chän Tr3 lo¹i 2SA243 - GP, do NhËt B¶n chÕ t¹o lµm viÖc ë chÕ ®é xung, cã c¸c th«ng sè nh­ sau: UCB0 = 25(V) UEB0 = 0,4(V) IC = 5(mA) b = 20 TÝnh dßng ®iÖn trªn c¸c cùc cña Tranzito (Tr2) IBTr2 = = 0,25(mA) IETr2 = (1 + b) IBTr2 = (1 + 20) . 0,25 = 5,25 (mA) b. TÝnh c¸c ®iÖn trë ph©n ¸p R3 vµ R4. §Ó tÝnh c¸c ®iÖn trë R3 vµ R4 ta ph¶i dùa vµo c¸c th«ng sè cña Tr2 vµ Tr3 ®· chän. Theo tµi liÖu tham kh¶o 3 cã thÓ ¸p dông c«ng thøc gÇn ®óng sau: R3 = (bTr2 + 1)(Rt® + R0)(h.E + DUTr2) h(bTr3 . bTr2 - 1)DUt® Trong ®ã: h = 0,5 ¸ 0,85: hÖ sè cÊu tróc. Chän: h = 0,85 bTr2 = 55 bTr3 = 20 Rt® = RBETr2// RBETr3 = 10 ¸ 12 ë ®©y ta chän Rt® = 11(W): ®iÖn trë t­¬ng ®­¬ng DUt® = DUBETr2 + DUCETr3 = Víi: DUBETr2 = DUCETr3 = Nh­ vËy ta cã: DUt® = 0,5(V) R3 = = 26,66(W) VËy ta chän R3 = 27(W) + TÝnh ®iÖn trë R4 R4 = = 153 (W) Theo s¬ ®å h×nh 4 - 3 ta coi dßng IR3 » IR4 Nªn ta suy ra: IR3 = Mµ UB = DUCETr3 + Ug = 0,3 + 1,5 = 1,8(V) VËy: IR3 = IR4 12(mA) c. TÝnh chän tô ®iÖn C2. Tô C2 cã nhiÖm vô n¹p vµ phãng cho dßng ch¶y qua bé khuyÕch ®¹i vµ t¹o ra mét xung ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trªn R0 cÊp trùc tiÕp vµo cùc ®iÒu khiÓn cña Tiristo. Khi r¬le ®iÖn ¸p RL t¸c ®éng hót tiÕp ®iÓm RL2 vµ nh¶ tiÕp ®iÓm RL1 th× tô C2 ®­îc n¹p qua R5 vµ ®iÖn trë ®éng cña Tr1, khi ®iÖn ¸p Uc = Umë th× tô C2 phãng. Um = hE + DUTr2 Um = 0,85 . 16 + 0,3 = 14(V) Khi ®iÖn ¸p UC = UD th× tô tiÕp tôc n¹p vµ chuÈn bÞ cho lÇn phãng tiÕp theo. Víi UD = 0,5(V) lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn cùc emit¬ Tr1 khi ë tr¹ng th¸i më. §Ó tÝnh tô C2 ta dùa vµo h»ng sè thêi gian n¹p tô: tn¹p= (R5 + R®Tr1)C2 Trong ®ã: tn¹p = . a, víi a lµ gãc më cña Th, ta chän t¶i ®iÒu chØnh víi gãc më lµ: a = 300 ¸ 1200. Vµ ta cã: T = = 0,02(s) T: lµ h»ng sè thêi gian 1 chu kú cña ®iÖn ¸p d. Chän Tranzito (Tr1) §Ó Tranzito (Tr1) lµm viÖc an toµn ta ph¶i chän Tranzito cã: IETr1 = IETr2 = 5,25(mA) VËy ta chän Tr1 lo¹i 2SA442 - GP do NhËt B¶n chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè sau: UCB0 = 20(V) UCE0 = 20(V) IC = 5(mA) b = 25 + X¸c ®Þnh dßng ®iÖn trªn c¸c cùc cña Tr1 IBTr1 = = 0,2(mA) ICTr1 = b . IBTr1 = 25 . 0,2 = 5(mA) + X¸c ®Þnh ®iÖn trë ®éng cña Tr1 Nh­ ®· biÕt ®iÖn trë ®éng cña Tr1 cã ¶nh h­ëng ®Õn dßng ch¹y qua nã: R®éng max øng víi IEmin R®éng min øng víi IEmax §Ó x¸c ®Þnh ®­îc ®iÖn trë ®éng cña Tr1 ta ph¶i dùng ®Æc tuyÕn ra cña nã dùa vµo c¸c sè liÖu ®· cã. §Æc tuyÕn ra cã d¹ng IC = f(UCE) Ta cã: ICmax = 5(mA) IBmax = 0,2(mA) Tõ IBmax = 0,2(mA) ta chia thµnh nh÷ng kho¶ng cã DIB = 0,05 vµ b IBmin = 0,005(mA), råi dùng ®­êng ®Æc tÝnh IB = f(UCE). Sau ®ã ta dùng ®­êng ®Æc tÝnh t¶i tÜnh cã to¹ ®é (UCC/R5; UCC). Uce Ucemax UCE®m UCEmin IBmin = 0,005 mA IB = 0,1 mA IBmax = 0,2 mA IC (mA) ICmax = 5 IC®m ICmin = 0,125 H×nh 3.4: §Æc tuyÕn ra cña Tr1 A UCC Theo ®Æc tuyÕn h×nh (3 - 4) ta cã: øng víi ICmax = 5(mA) ta tÝnh ®­îc IBmax = 0,2(mA) øng víi ICmin = 0,125(mA) víi IB = 0,005(mA) §Ó tÝnh ®­îc tô C2 ta ph¶i chän ®iÖn trë R5. ë ®©y ta chän R5 = 3,2(KW). VËy khi IB t¨ng tõ 0,1(mA) ®Õn 0,2(mA) th× trªn h×nh (4 - 4) ta cã IC = 4,8(mA) VËy: UCEmin = UCC - IC . R5 UCEmin = 16 - 4,8 . 3,2 = 0,64(V) Vµ khi gi¶m IB tõ 0,1 ®Õn 0,005 th× nóc nµy IC = 0,125(mA) Nªn UCEmax = UCC - IC . R5 UCEmax = 16 - 0,125 . 3,2 = 15,6(V) X¸c ®Þnh chÕ ®é ®Þnh møc t¹i ®iÓm lµm viÖc tÜnh A IC®m = = 2,44(mA) ICE®m = = 7,5(mA) §iÖn trë ®éng øng víi dßng ICmax: R®min = = 128(W) §iÖn trë ®éng øng víi dßng ICmin: R®max = = 125(KW) * X¸c ®Þnh chu kú n¹p tô ®iÖn C2 + Tr­êng hîp gãc më amin = 300 Ta cã: tn¹p = = 0,0017(s) + Tr­êng hîp gãc më amax = 1200 O T t U H×nh 3.5: S¬ ®å chu kú n¹p tô C2 amin amax tn¹p min tn¹p max p 2p tn¹p = = 0,0067(s) * X¸c ®Þnh ®iÖn dung tô C2 + Tr­êng hîp chu kú n¹p lµ nhá nhÊt. tn¹p min = (R5 + R®min) . C2 => C2 = = 0,51(mF) + Tr­êng hîp chu kú n¹p lµ lín nhÊt tn¹p max = (R5 + R®max) . C2 => C2 = = 0,052(mF) C¨n cø vµo 2 gi¸ trÞ ®· tÝnh ë trªn ta ph¶i chän tô C2 = 0,51(mF). R12 H×nh 3.6: S¬ ®å cÇu ®o Ev = 12 v R11 R10 R13 R6 Ura = U®k Ubetr1 a b Zd3 Id 2. TÝnh to¸n cÇu ®o Gi¶ thiÕt ®iÖn ¸p cÇu ®o ë chÕ ®é ®Þnh møc lµ Ev = 12(V). §iÖn trë R10 ho¹t ®éng nh­ mét biÕn trë ®Ó ®iÒu chØnh tÜnh, khi tÝnh to¸n ta coi nh­ ®iÖn ¸p r¬i trªn nã lµ: UR10 = 0 (®iÒu chØnh vÒ 0). Ta cã: EV = UAB = UR11 + UR12 = UR13 + UænZD3 Chän ®i«t æn ¸p do Liªn X« cò chÕ t¹o ký hiÖu д184b cã c¸c th«ng sè sau: Uæn = 8(V) Imin = 2(mA) Imax = 32(mA) Imin I®m zd Imax Uæn H×nh 3.6: §­êng ®Æc tÝnh cña Zener Dßng ®iÖn lµm viÖc ë chÕ ®é ®Þnh møc: I®mZD3 = = 17(mA) Dßng ®iÖn vµo cÇu ®o Id = 2Imax = 2 . 32 = 64(mA) TÝnh ®iÖn trë R13 Ta cã: UR13 = IR13 . R13 Mµ ta cã: UR13 = UAB - UænZD3 = E - UænZD3 UR13 = 12 - 8 = 4(V) => R13 = = 235,3(W) VËy ta chän R13 = 235(W) §Ó cã Ura = U®k = 4(V) th× ta ph¶i chän UR12 = 4(V) v×: Ura = UænZD3 - UR12 Ura = 8 - 4 = 4(V) MÆc kh¸c ta cã dßng ®iÖn ë 2 nh¸nh cña cÇu lµ nh­ nhau: IR12 = I®mZD3 = 17(mA) VËy ta ®­îc: R12 = = 235(W) T­¬ng tù ta cã: UR11 = UAB - UR12 UR11 = 12 - 4 = 8(V) VËy: R11 = = 471(W) Nh­ ®· ph©n tÝch ë trªn th× R10 chØ dïng víi môc ®Ých h¹n chÕ dßng Id vµ nã lµm viÖc nh­ mét chiÕt ¸p. VËy ta cã thÓ chän R10 sao cho thÝch hîp. ë ®ay ta chän R10 = 40(W) - TÝnh ®iÖn ¸p ra cña cÇu ®o ë chÕ ®é ®Þnh møc. Ta dùng ®Æc tÝnh ra cña cÇu phi tuyÕn. Uæn I®m I Uzd®m UR®m U Ura = U®k H×nh 3.7: §Æc tuyÕn ra cña cÇu ®o Ta cã: Ura®m = U®k®m = UænZD3 - UR13 Ura®m = 8 - 4 = 4(V) + TÝnh ®iÖn trë vµo cña Tranzito (Tr1): R6 §Ó ®¶m b¶o dßng ®iÖn ra I®k kh«ng lµm ¶nh h­ëng ®Õn tr¹ng th¸i cña cÇu ®o th× yªu cÇu I®mZD ³ 5 . Ira. MÆc kh¸c ta ph¶i ®¶m b¶o Ira = IBTr1. VËy ta chän Ira = 2(mA) VËy R6 = U®k = 4 =2(KW) IBTr1 2 . 10-3 R14 U1 H×nh 3.9: S¬ ®å chØnh l­u cÇu mét pha D3 C6 Uv Ba2 I1 D1 D4 D2 3. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p vµ chän van chØnh l­u. §Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p vµ chän van ta dùa vµo nh÷ng gi¶ thiÕt ban ®Çu. §iÖn ¸p ®Þnh møc vµo cÇu phi tuyÕn vµ dßng ®iÖn chÝnh lµ ®iÖn ¸p trung b×nh vµ dßng ®iÖn t¶i sau chØnh l­u. Ud = Ev = 12(V) Id = I®m = 64(mA) a. TÝnh chän tô läc C6 Khi ®iÖn ¸p xoay chiÒu thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p ®­îc chØnh l­u thµnh c¸c nöa chu kú d­¬ng lÆp l¹i cña ®iÖn ¸p h×nh sin. V× vËy ®iÖn ¸p sau chØnh l­u cã h×nh d¹ng nhÊp nh«, ®Ó ®iÖn ¸p nµy trë nªn b»ng ph¼ng vµ cã h×nh d¹ng gÇn nh­ mét chiÒu ng­êi ta m¾c thªm bé tô läc. Biªn ®é ®iÖn ¸p sau chØnh l­u. Møc tèi thiÓu cña ®iÖn ¸p ra lµ Emin. Møc tèi ®a cña ®iÖn ¸p ra lµ Emax. Thêi gian n¹p tô: t1 = - thêi gian øng víi q. Thêi gian phãng tô lµ: t2 = + thêi gian øng víi q Trong ®ã lµ thêi gian øng víi 900 H×nh 3.10: D¹ng sãng ra cña ®iÖn ¸p sau chØnh l­u O T t U t1 Emin t2 Emax 90° q Um Ud p 2p DUc = Ugs Emin = Emax . sinq Hay: q = arcsin NÕu Id ®­îc coi lµ kh«ng ®æi th× ta cã: Id = Trong ®ã Ugs lµ ®iÖn ¸p gîn sãng vµ chÝnh lµ ®é dao ®éng ®iÖn ¸p cña chØnh l­u khi cã tô C6. VËy ta suy ra ®­îc: C6 = HoÆc ta cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc: Trong ®ã: DUc = Ugs: ®iÖn ¸p gîn sãng. mx: lµ sè xung ¸p cña ®iÖn ¸p ®Çu vµo bé läc trong mét chu kú ®iÖn ¸p nguån. f: tÇn sè Rt: ®iÖn trë t¶i C6: tô läc Gi¶ thiÕt lµ: DUc = Ugs= 15%Ud Nªn ta ®­îc: DUc = Ugs = = 1,8(V) VËy: Emin = Ud - = 12 - = 11,1(V) Emax = Ud + = 12 + = 12,9(V) => q = arcsin= arcsin= 590 Ta tÝnh thêi gian phãng cña tô C6 t2 = + thêi gian øng víi gãc q Hay t2 = (900 + 590) Mµ: T = = = 0,02(s) VËy: t2 = (900 + 590) = 0,0083(s) = 8,3(ms) Suy ra: C6 = = = 295(mF) §Ó ®¶m b¶o chÊt l­îng dßng mét chiÒu sau chØnh l­u nªn ta m¾c thªm tô läc C5, nh­ng ®Ó ®¶m b¶o dßng ®­a ®Õn cÇu ®o lµ chÝnh x¸c vµ ®é nh¹y th× tô C5 kh«ng thÓ qu¸ lín. Ta cã thÓ tÝnh to¸n nh­ trªn bé tô C6. VËy ta cã thÓ chän C5 = 290(mF) b. TÝnh to¸n vµ chän van chØnh l­u: Ta cã ®iÖn ¸p ra cña cÇu chØnh l­u lµ: Ud = => U2max = Víi: Ud = E = 12(V) nh­ ta gi¶ thiÕt. VËy: U2max = = 18,8(V) Gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p vµo cña chØnh l­u UV = = = 13,3(V) Dßng ®iÖn trung b×nh ch¹y trong mçi van: ID = = = 32 (mA) Dßng ®iÖn vµo cÇu ®o lµ: IV = Id . 1,11 = 64 x 1,11 = 71(mA) §Ó ®¶m b¶o an toµn cho ®i«t ta ph¶i chän hÖ sè dù tr÷ vÒ dßng vµ ¸p. Theo tµi liÖu tham kh¶o 3 ta chän nh­ sau: KI = 1,2: hÖ sè dù tr÷ vÒ dßng KU = 1,6: hÖ sè dù tr÷ vÒ ¸p VËy ta ph¶i chän ®i«t chÞu ®­îc ®iÖn ¸p ng­îc vµ dßng ®iÖn nh­ sau: Ungmax = KU . U'ngmax = 1,6 . 18,8 = 30(V) I'®mD = KI . IDlv = 1,2 . 32 = 38,4(mA) C¨n cø vµo c¸c sè liÖu ®· tÝnh ta chän ®i«t lo¹i 206 do Liªn X« chÕ t¹o cã th«ng sè sau: I®mD = 0,1(A) Ung = 100(V) DU = 1(V) V× c¸c van lµ hoµn toµn gièng nhau nªn ta chän D1, D2, D3, D4 cïng lo¹i vµ cã th«ng sè nh­ ®· chän ë trªn. c. ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p + Ta cã c«ng suÊt t¸c dông cña phô t¶i: Pd = Udo . Id Trong ®ã: Udo = Ud + DUV + DUR + DUX. Víi: DUV, DUR, DUX: lµ sôt ¸p trªn van, trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng cña m¸y biÕn ¸p. V× ®©y lµ lo¹i m¸y biÕn ¸p cã c«ng suÊt nhá nªn ®é sôt ¸p trªn ®iÖn trë lµ t­¬ng ®èi lín kho¶ng 4%, trªn ®iÖn kh¸ng kho¶ng 1,5%, ®é sôt ¸p trªn 2 van nèi tiÕp lµ: DUV = 2DU = 2(V) Do ®ã: Udo = 12 + 2 + 12(4% + 1,5%) Udo = 12 + 2 + 12(0,04 + 0,015) = 14,66(V) VËy: Pd = 14,66 . 64 . 10-3 = 0,94(W) C«ng suÊt toµn phÇn cña m¸y biÕn ¸p Sba = Ks . Pd Trong ®ã: Ks lµ hÖ sè c«ng suÊt theo s¬ ®å m¹ch ®éng lùc. V× ta dïng s¬ ®å cÇu chØnh l­u mét pha nªn tra b¶ng 2 tµi liÖu tham kh¶o 3 ta ®­îc : Ks = 1,23. VËy: Sba = 1,23 . 0,94 = 1,16(W) * TÝnh to¸n m¹ch tõ m¸y biÕn ¸p Chän m¹ch tõ cã h×nh d¹ng nh­ sau: H×nh 3.11. M¹ch tõ m¸y biÕn ¸p TiÕt diÖn trô gi÷a ®­îc tÝnh theo c«ng thøc gÇn ®óng nh­ sau: QFe = K Trong ®ã: K: lµ hÖ sè phô thuéc vµo ph­¬ng thøc lµm m¸t. K = 4 ¸ 5 nÕu lµ biÕn ¸p dÇu. K = 5 ¸ 6 nÕu lµ biÕn ¸p kh«. VËy ta chän K = 6 øng víi m¸y biÕn ¸p kh«. m = 1 lµ sè trô t¸c dông cña m¸y biÕn ¸p (v× ë ®©y ta dïng m¸y biÕn ¸p 1 pha). f = 50Hz: tÇn sè l­íi ®iÖn . VËy ta ®­îc: QFe = 6 .= 0,91(cm2) C¨n cø vµo kÕt qu¶ tÝnh ®­îc ta tra b¶ng II-2 tµi liÖu tham kh¶o 3 ta chän m¹ch tõ cã kÝch th­íc nh­ sau: a = 12(m) h = 30(mm) c = 12(mm) C = 48(mm) H = 42(mm) b = 10(mm) Chän vËt liÖu lµm m¹ch tõ lµ t«n silic tæn thÊt 1,3(W/kg), träng l­îng 7,5(kg/dm3). BÒ dµy mçi l¸ t«n lµ 0,2(mm). Tõ nh÷ng sè liÖu trªn ta cã thÓ tÝnh ®­îc träng l­îng s¾t cña m¹ch tõ nh­ sau: GFe = GFet + GFeg Trong ®ã: GFet: lµ träng l­îng s¾t trong trô. GFeg: lµ träng l­îng s¾t trong g«ng. Ta cã: GFet = h . 2 . St . gFe Víi: St = a . b = 12 . 10 = 1,2(cm2) lµ tiÕt diÖn trô gi÷a cña m¸y biÕn ¸p. gFe: träng l­îng riªng cña Fe. VËy GFet = 30 10-3 . 2 . 1,2 . 10-2 . 7,5 = 0,054(Kg) T­¬ng tù ta cã: GFeg = C . Sg . gFe Vµ Sg = 2 : tiÕt diÖn g«ng Sg = 2 = 120(mm2) VËy GFeg = 48 . 10-2 . 120 . 10-4 . 7,5 = 0,0432(Kg Cho nªn ta ®­îc: GFe = 0,054 + 0,0432 = 0,0972(Kg) = 97,2(g) + Chän mËt ®é tõ c¶m trong c¸c trô lµ: Bm = 1,1(Tecla) * TÝnh to¸n d©y quÊn Sè vßng d©y cuén s¬ cÊp: W1 = Trong ®ã: U1 = 220(V) QFe : tiÕt diÖn lâi thÐp Bm : mËt ®é tõ c¶m VËy W1 = = 7507(vßng) Sè vßng d©y cña cuén thø cÊp. Ta cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc: W2 = KU . W1 Víi KU lµ tû sè biÕn ¸p chän KU = 0,28 VËy W2 = 0,28 x 7507 = 2115(vßng) Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 = J2 = 2,75(A/mm2) theo tµi liÖu tham kh¶o 3 + §­êng kÝnh d©y ®­îc tÝnh theo c«ng thøc d = VËy ta cã ®­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp lµ: d1 = Trong ®ã: I1 = KU . I2 = 0,28 . 71 = 20(mA) d1 = = 0,096(mm) Tra b¶ng II-3 tµi liÖu tham kh¶o 3 ta chän d©y p'Л-1 cã: §­êng kÝnh tÝnh to¸n: dtt = 0,1(mm) §­êng kÝnh kÓ c¶ c¸ch ®iÖn: dc® = 0,125(mm) TiÕt diÖn: S = 0,00785(mm2) Träng l­îng: GU = 0,0698(g/m) §iÖn trë suÊt: rcu = 2,291(W/m) - §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp. d2 = = 0,18(mm) Tra b¶ng II-3, tµi liÖu tham kh¶o 3 ta chän lo¹i p'Л-1 cã: dtt = 0,18(mm) S = 0,0254(mm2) GU = 0,226(g/m) rcu = 0,707(W/m) §­êng kÝnh ngoµi: dc® = 0,21(mm) + TÝnh sè vßng d©y trªn mçi líp d©y W11 = Trong ®ã: dn : ®­êng kÝnh d©y quÊn kÓ c¶ c¸ch ®iÖn hg : kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn víi g«ng, ta cã thÓ chän: hg = 2dn = 2 . 0,125 = 0,25(mm) VËy: W11 = = 238(vßng) + Sè líp d©y cña cuén s¬ cÊp lµ: Sld1 = = = 32(líp) Tr­íc khi quÊn d©y ng­êi ta lång vµo trô mét èng quÊn d©y lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn dµy 1(mm). + Ta cã ®­êng kÝnh cña ®­êng trßn ngo¹i tiÕp trô lµ: R = = = 15,6(mm) VËy ta chän èng c¸ch ®iÖn cã ®­êng kÝnh ngoµi lµ 18(mm). R' = R + 0,2 = 18(mm) + TÝnh bÒ dµy cña cuén d©y s¬ cÊp cã kÓ c¶ c¸ch ®iÖn dµy 0,1(mm) e1 = 32 . 0,125 + 32 . 0,1 = 7,2(mm) - B¸n kÝnh trung b×nh cña d©y quÊn s¬ cÊp lµ: r1 = = = 12,6(mm) - ChiÒu dµi d©y quÊn s¬ cÊp lµ: L1 = 2p . r1 . W1 . 10-3 L1 = 2 . 3,14 . 12,6 . 7507 . 10-3 = 594(m) * D©y quÊn thø cÊp + Sè vßng d©y trªn mçi líp: W22 = = = 142(vßng) + Sè líp d©y cña cuén thø cÊp: Sld2 = = = 15(líp) + BÒ dµy cuén thø cÊp kÓ c¶ c¸ch ®iÖn gi÷a 2 líp víi nhau, chän lo¹i c¸ch ®iÖn dµy 0,1(mm): e2 = 15 . 0,21 + 15 . 0,1 = 4,6(mm) + B¸n kÝnh trung b×nh cña d©y quÊn thø cÊp: r2 = = = 11,3(mm) + ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp: L2 = 2p . r2 . W2 . 10-3 L2 = 2 . 3,14 . 11,3 . 2115 . 10-3 = 150(m) * §iÖn trë d©y quÊn ë nhiÖt ®é 750C + §iÖn tr¬ cuén s¬ cÊp r1 = rcu1. L1(1 + at) Trong ®ã: a = 0,004: hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë t = 750C : nhiÖt ®é cuén d©y rcu1 = 2,291 (W/m) VËy r1 = 2,291 . 594(1 + 0,004 . 75) = 1,77(KW) + §iÖn trë cuén thø cÊp: r2 = rcu2. L2(1 + at) r2 = 0,707 . 150(1 + 0,004 . 75) = 138(W) * TÝnh m¸y biÕn ¸p BA1 U v = 13,3 U f. ¸p U f d R 14 BA1 R 15 BI 220(V) C¨n cø vµo s¬ ®å ta cã: Uv = Ufdßng - Uf.¸p Trong ®ã: Uf.dßng = KI . I®m Uf.¸p = KU . I1 Víi: KU = 0,28 ®· chän VËy ta ®­îc: 13,3 = 289 . KI - 0,28 . 220 => KI = = 0,26 Nªn ta ®­îc: Uf.dßng = 0,26 . 289 = 75(V) §Ó thuËn lîi cho qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh th× ta chän Uf.d = 94%U2 VËy ®iÖn ¸p thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p BA1 lµ: U2BA1 = 80(V) §iÖn ¸p s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p BA1 U1BA1 = KBA . U2BA2 Chän KBA = 1,5 VËy U1BA1 = 1,5 . 80 = 120(V) + ë môc 4 - 2 ta ®· tÝnh ®­îc dßng ®iÖn ®Þnh møc cña m¸y ph¸t chÝnh lµ: I®m = 288(A). VËy ta chän biÕn dßng lo¹i BD8 do c«ng ty EMIC s¶n xuÊt cã th«ng sè nh­ sau: Dßng s¬ cÊp: I1 = 300(A) Dßng thø cÊp: I2 = 5(A) Sè vßng d©y s¬ cÊp: n1 = 1(vßng) Dung l­îng: S = 10(VA) CÊp chÝnh x¸c: 0,5 + TÝnh ®iÖn trë ph©n ¸p R15: §Ó cho: U1BA1 = 120(V) th× ta chän R15 sao cho U1BA1 = I2BI . R15 => R15 = = = 24(W) môc lôc Trang Më ®Çu Ch­¬ng I - Giíi thiÖu chung vÒ m¸y ®iÖn ®ång bé 2 1.1. Nguyªn lý lµm viÖc cña m¸y ®iÖn 2 1.2. Ph©n lo¹i vµ kÕt cÊu cña m¸y ®iÖn ®ång bé 2 1. Ph©n lo¹i 2 2. KÕt cÊu 4 1.3. C¸c th«ng sè chñ yÕu cña m¸y ph¸t ®ång bé 6 1. §iÖn kh¸ng ®ång bé däc trôc vµ ngang trôc 6 2. §iÖn kh¸ng qu¸ ®é 6 3. §iÖn kh¸ng siªu qu¸ ®é 7 4. H»ng sè qu¸n tÝnh 7 1.4. §å thÞ vÐct¬ vµ ®Æt tÝnh 7 1. Ph­¬ng tr×nh ®iÖn ¸p vµ ®å thÞ vect¬ cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé 7 2. §Æc tÝnh cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé 12 1.5. ChÕ ®é thuËn nghÞch cña m¸y ®iÖn 17 1. ChÕ ®é m¸y ph¸t 17 2. ChÕ ®é ®éng c¬ 18 3. ChÕ ®é m¸y bï ®ång bé 19 Ch­¬ng II - C¸c s¬ ®å kÝch tõ cña MF§ ®ång bé 20 2.1. Kh¸i niÖm chung 20 2.2. Ph©n lo¹i vµ ®Æc ®iÓm cña c¸c hÖ thèng kÝch tõ 21 1. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu 21 2. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t xoay chiÒu vµ chØnh l­u 23 3. HÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn 25 2.3. Mét sè s¬ ®å kÝch tõ cña m¸y ph¸t ®ång bé tù kÝch 26 1. Thùc hiÖn céng nèi tiÕp t¸c dông cña m¹ch ¸p vµ dßng råi qua chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn 26 2. Thùc hiÖn céng song song t¸c dông cña m¹ch ¸p vµ dßng 26 2.4. §iÒu kiÖn tù kÝch cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé 27 Ch­¬ng III - ThiÕt kÕ tÝnh to¸n mét ph­¬ng ¸n 29 3.1. TÝnh to¸n m¹ch ®éng lùc 29 1. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¸y ph¸t 29 2. TÝnh chän van cho m¹ch lùc 30 3.2. TÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn 34 1. TÝnh m¹ch t¹o xung khi r¬le RL hót 34 2. TÝnh to¸n cÇu ®o 41 3. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p vµ chän van chØnh l­u 44