Chuyên đề điều khiển kích thích máy phát điện Võ Huy Hoàn– ĐHBK Hà Nội XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KÍCH THÍCH CHO MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ A – MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ GIỚI THIỆU Máy phát điện thiết bị biến đổi thành điện năng, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ Tuỳ theo cách tạo từ trường, kết cấu mạch từ, dây quấn, kết cấu khí máy mà người ta chia máy phát điện thành bốn loại: Máy phát điện không đồng bộ, máy phát điện đồng bộ, máy phát điện chiều máy phát điện xoay chiều có vành góp Máy phát điện đồng hoạt động theo chế đồng bộ, nghĩa tốc độ quay từ trường máy với tốc độ quay Rotor Máy phát điện đồng sử dụng rộng rãi công nghiệp Điện ba pha sử dụng kinh tế quốc dân phần lớn sản xuất từ máy phát điện đồng ba pha, với nguồn sơ cấp sử dụng turbin hơi, turbin khí turbin nước Chương hướng tới phân tích biến đổi điện từ trường đưa mô hình toán học tuyến tính cho máy phát điện đồng ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO & NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.1 Đặc điểm cấu tạo Máy phát điện đồng (Synchronous Generator - SG) thường chế tạo với Rotor nam châm điện có chức tạo từ trường máy, Stator cuộn dây giống đặt lệch 1200 thân máy Theo kết cấu cực từ gắn Rotor máy phát, người ta chia máy phát điện đồng thành hai loại: Máy phát điện đồng cực ẩn (Non-Salient Pole SG) (Hình vẽ 2.1a) máy phát điện đồng cực lồi (Salient Pole SG) (Hình vẽ 2.1b) ® 12-2007 hoanvh@mail.hut.edu.vn Chuyên đề điều khiển kích thích máy phát điện Võ Huy Hoàn– ĐHBK Hà Nội Cuộn cản Cuộn cản Cuộn kích từ Truc Thân cực Dây kích thích Thân gắn cực Truc Hình vẽ Rotor máy phát điện đồng a-cực ẩn, b-cực lồi Máy phát điện đồng cực ẩn có khe hở không khí đồng đều, rotor dài, đường kính nhỏ, hoạt động với tốc độ cao thường thiết kế với số cực 2p=2 Máy phát điện đồng cực lồi có khe hở không khí biến thiên tuần hoàn dọc theo cực Máy phát điện đồng cực lồi thiết kế với số cực lớn, thao tác vận tốc bé máy phát điện đồng cực ẩn thường sử dụng nhà máy thủy điện Có hai cách cấp dòng chiều DC cho dây quấn kích từ Rotor, tương ứng với hai kiểu kích từ khác (Chương 3.2) - Dòng kích từ DC cung cấp từ nguồn công suất pha chỉnh lưu, qua chế chổi quét vành góp điện (Kích từ tĩnh) - Dòng kích từ DC cung cấp từ máy phát điện chiều DC đặt đồng trục với Rotor (Kích từ quay) Trên mặt cực máy điện đồng bộ, người ta đặt cuộn dây cản dịu (Hình vẽ 2.1) có tác dụng làm giảm thay đổi đột ngột công suất điện từ máy, giúp giảm độ rung tăng tính ổn định cho máy Điện trở cuộn dây cản lớn nhiều lần điện trở cuộn dây Stator Rotor ® 12-2007 hoanvh@mail.hut.edu.vn Chuyên đề điều khiển kích thích máy phát điện Võ Huy Hoàn– ĐHBK Hà Nội Nguyên lý hoạt động Khi Rotor máy phát đồng cấp dòng kích thích quay với vận tốc n (vòng/phút), từ trường biến thiên cực từ sinh cảm ứng dây quấn pha Stator suất điện động cảm ứng xoay chiều eA, eB, eC có tần số f=pn/60 Ngược lại, máy nối tải, dòng điện dây quấn Stator iA, iB, iC tạo từ trường quay với vận tốc n1=60f/p Rõ ràng n1=n độ quay Rotor từ trường Đây nguyên tắc hoạt động máy phát điện đồng Dòng kích thích cấp cho dây quấn kích từ Rotor lấy từ thiết bị có tên Bộ kích tích (Exciter) Hệ thống kích từ điều chỉnh dòng kích thích để đảm bảo điện áp đầu cực máy phát ổn định trước biến thiên liên tục tải Rotor Stator A Ukt G Ukt B C Hình vẽ 2 Mô hình tổng quát máy phát điện đồng TỪ TRƯỜNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Khi máy làm việc chế độ không bão hòa, từ trường máy xác định tổng từ trường dây quấn Rotor Stator sinh Từ trường máy phát điện đồng tuần hoàn, có tần số tần số đồng máy phát Thành phần ứng với tần số có trị số lớn nhất, đóng vai trò quan trọng 3.1 Từ trường phần cảm Khi có dòng kích thích tới cuộn dây Rotor, sức từ động cuộn dây sinh từ trường, gọi từ trường phần cảm, khe hở không khí Trong hệ quy chiếu ® 12-2007 hoanvh@mail.hut.edu.vn Chuyên đề điều khiển kích thích máy phát điện Võ Huy Hoàn– ĐHBK Hà Nội gắn với Rotor, trục x dọc theo cực từ, x=0 đỉnh cực từ Từ trường phần cảm Bg(x) biến thiên tuần hoàn với chu kỳ τ (τ: bước cực từ - Định nghĩa) Bg(x) phụ thuộc vào giá trị độ lớn khe hở không khí g(x) Rotor Stator, B g(x) có đặc trưng khác máy cực ẩn cực lồi Ở máy điện đồng cực lồi Bg (x) = μ0W f I f Khi |x|[...]... cho nghiên cứu trạng thái quá độ của máy phát điện dq0 là mô hình được sử dụng để nghiên cứu mô hình toán học của máy phát điện đồng bộ để xây dựng hệ thống điều khiển kích từ của các hãng như ABB, Basler… 6 MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN 6.1 Mạch từ tương đương của máy phát điện trong mô hình dq0 Từ các phương trình điện từ nhận được khi phân tích máy phát điện đồng bộ ở mô hình dq0 Máy phát điện. .. đồng bộ Bộ kích thích Máy đồng bộ Hệ thống kích từ Hệ thống điều khiển kích từ Hình vẽ 3 1 Hệ thống điều khiển kích từ ® 12-2007 hoanvh@mail.hut.edu.vn Hệ thống công suất Chuyên đề điều khiển kích thích máy phát điện Võ Huy Hoàn– ĐHBK Hà Nội 25 2 PHÂN LOẠI Căn cứ vào cách tạo ra dòng kích thích cung cấp cho dây quấn kích thích, nguời ta chia hệ thống kich từ thành hai nhóm chính: Hệ thống kích từ quay... điều khiển kích thích máy phát điện Võ Huy Hoàn– ĐHBK Hà Nội 26 Khi Rotor quay, máy phát điện AE sẽ tạo ra dòng điện cấp cho máy phát điện ME Tới lượt mình, ME sẽ tạo ra dòng một chiều cấp cho dây quấn kích thích máy phát để tạo ra sức điện động cảm ứng trên đầu cực máy phát Bộ kích thích DC được điều khiển bởi AVR thông qua điện áp điều khiển Vcon Hệ AE và ME đóng vai trò như một bộ khuyếch đại công... lập với máy phát, cấp dòng kích từ cho dây quấn kích thích qua cơ cấu chổi quét vòng góp điện Dòng kích thích của bộ kích thích tĩnh được lấy từ đầu cực máy phát thông qua khối cầu chỉnh luư Thyristor có điều khiển 2.1 Bộ kích thích DC Ngày nay, bộ kích thích DC vẫn còn được sử dụng ở nhiều máy phát đồng bộ (Synchronous Generator-SG) có công suất thấp hơn 100MVA Nó được cấu tạo gồm hai máy phát điện một... chủ yếu là bảo vệ quá kích từ, dưới kích từ, các sự cố ngắn mạch, quá nhiệt, nối đất Thiết bị bảo vệ thường là Role nhiệt, Role quá áp, quá dòng… 4 CHỨC NĂNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ TĨNH Hệ thống điều khiển kích từ là hệ thống điều khiển hồi tiếp bao gồm máy đồng bộ, bộ kích thích, bộ điều chỉnh và các thiết bị bảo vệ, hiển thị… có chức năng chính đảm bảo điện áp đầu cực máy phát luôn ổn định dưới... Turbin Kích từ AC Hình vẽ 3 3 Bộ kích thích AC ® 12-2007 hoanvh@mail.hut.edu.vn Chuyên đề điều khiển kích thích máy phát điện Võ Huy Hoàn– ĐHBK Hà Nội 27 Khi hệ thống hoạt động, điện áp xoay chiều đầu cực ESG được chỉnh lưu bằng cầu chỉnh lưu diode để tạo ra dòng DC cấp trực tiếp tới dây quấn kích từ của máy phát Điện áp đầu cực máy phát được điều khiển bởi bộ AVR thông qua điện áp Vcon Bộ kích thích... các trang thiết bị cần thiết cho việc điều khiển và bảo vệ hệ thống kích từ và máy phát trong điều kiện vận hành bình thường và gặp sự cố ® 12-2007 hoanvh@mail.hut.edu.vn Chuyên đề điều khiển kích thích máy phát điện Võ Huy Hoàn– ĐHBK Hà Nội 31 POWER EXC THYR AVR/FCR 3~ FIELD FLASHING Hình vẽ 3 6 Sơ đồ khối hệ thống kích từ tĩnh 3.1 Máy biến áp công suất Công suất kích từ được đưa tới máy phát thông... Contactor điều khiển bởi AVR Khi điện áp kích thích đạt khoảng 80% giá trị danh định, AVR sẽ ngắt chế độ khởi động từ và thực hiện chế độ điều khiển AVR ® 12-2007 hoanvh@mail.hut.edu.vn Chuyên đề điều khiển kích thích máy phát điện Võ Huy Hoàn– ĐHBK Hà Nội 33 3.5 Bộ phận diệt từ (De-excitation) Bộ phận diệt từ, thường đi kèm với bộ bảo vệ quá áp kích từm, đặt ở đầu vào dây quấn kích thích Bộ phận diệt từ. .. góp điện DC (DC commutator electric generator) đóng vai trò là: Bộ kích thích chính (Main Exciter- ME) và bộ kích thích bổ trợ (Auxiliary Exciter- AE) gắn đồng trục và quay đồng bộ với Rotor máy phát Nguồn ba pha Bộ kích thích DC Bộ Chuyển đổi cống suất tĩnh Bộ kích từ bổ trợ-AE Bộ kích từ Chính-ME Ghép nối cơ điện Hình vẽ 3 2 Bộ kích thích DC ® 12-2007 hoanvh@mail.hut.edu.vn Chuyên đề điều khiển kích. .. trên cơ sở luật điều chỉnh PID Tín hiệu hồi tiếp là các đại lượng dòng điện, điện áp đầu cực máy phát Các thông số của bộ điều chỉnh PID được xác định thông qua mô hình toán học của máy phát đồng bộ, bộ kích thích, bộ lọc hồi tiếp 4.1.1 Chế độ điều khiển AVR AVR sẽ cảm nhận điện áp đầu cực máy phát qua các thiết bị hạ áp…, so sánh với giá trị đặt của điện áp đầu cực và đưa ra điện áp điều khiển Vc tới ... 2 1 -F4 -F6 -F2 X113 LEGEND AK1 A- PA PULSE AMPLIFIER VT VOTAGE TRANSFORMER R RESISTOR DEPENDENT TEMPERATURE F FUSE WITH AUX CONTACT PR PULSE PROCESS CDP CONVERTER DISPLAY X4 X122 CDP Hình vẽ... hệ Diode-IGBT điều khiển phương pháp điều chế biên độ xung PWM (Hình vẽ 3.5) Hệ chỉnh lưu Diod-IGBT có ưu điểm điều khiển bảo vệ huớng phát triển triển vọng tương lai DIOD BRIDGE IGBT BRIDE V_EX... Synchronous Generator-ESG) cầu chỉnh lưu diode gắn trục Bộ kích thích AC gắn đồng trục với máy phát (Hinh vẽ 3.3) Vcon Bộ Chuyển đổi cống suất tĩnh Turbin Kích từ AC Hình vẽ 3 Bộ kích thích AC