ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Ởû máy kích từ xoay chiều nối trục với máy phát đồng Dòng điện phần cảm máy kích từ điều chỉnh trực tiếp dịng kích từ It Dùng Thyristor chỉnh lưu làm tăng nhanh đáp ứng điều khiển phương án b khó khăn gặp phải vấn đề truyền tín hiệu điều khiển vào Thyristor quay I.2.3 Hệ tự kích thích Nguồn cấp kích từ lấy từ đầu máy phát Sử dụng TU, TI bán dẫn có điều khiển để điều khiển It CLĐ CL Cf F TI TU TĐK Phần quay Hình I.3Hệ thống kích từ không vành trượt Trong hệ thống người ta dùng máy phát điện xoay chiều ba pha quay trục với máy phát điện làm nguồn cung cấp Máy phát xoay chiều có kết cấu đặc biệt Cuộn kích từ đặt Stator cịn cuộn dây ba pha lại đặt Rơtor Dịng điệïn xoay chiều ba pha tạo máy phát điện kích thích chỉnh lưu thành dòng chiều nhờ chỉnh lưu CL Nhờ cuộn kích từ Cf máy phát điện nhận dịng điện chiều khơng qua vành trượt chổi điện Cuộn dây kích từ máy phát kích thích ( đặt Stator) cung cấp dịng điện thơng qua chỉnh lưu khác (thường chỉnh lưu có điều khiển ) 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Trong trình vận hành máy phát điện, xảy biến đổi đột ngột sơ đồ nối điện, phụ tải cố ngắt mạch TĐK tác động trực tiếp vào cực điều khiển CL làm thay đổi dịng kích từ máy phát kích thích nhằm mục đích điều chỉnh dịng If máy phát điện F để giữ điện áp đầu cực máy phát không bị giảm thấp mức cho phép cao mức quy định hay nói cách khác điện áp đầu cực máy phát giữ ổn định I.2.4 Hệ thống kích từ chỉnh lưu có điều khiển Để cho điện áp kích từ giới hạn lớn tốc độ tăng điện áp kích từ nhanh Tức số thời gian hệ thơng kích từ nhỏ, số mày phụ thuộc tín hiệu TĐK hệ thống kích từ cụ thể Chính với hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển xung điều khiển nhờ tác động TĐK nhận tín hiệu từ đầu máy phát thay đổi trực tiếp vào điện áp kích từ máy phát CLĐ If Cf F TI TU TĐK Hình I.4 Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển Với sơ đồ dòng chiều cung cấp cho cuộn kích từ lấy điện áp trực tiếp đầu cực máy phát điện qua chỉnh lưu có điều khiển Chỉnh lưu dùng Thyristor, xung điều khiển nhận trực tiếp từ TĐK lấy tín hiệu từ đầu để làm thay đổi dòng áp kích từ máy phát Hệ thống đơn giản, có khả tác động nhanh, làm việc tin cậy áp dụng rộng rãi Như vậy, với yêu cầu thiết kế mạch ổn định điện áp cho máy phát điện tức thiết kế mạch điều khiển kích từ với nguồn cấp kích từ lấy từ đầu máy phát Với cơng suất máy phát điện 12KVA không lớn ta chọn phương pháp điều chỉnh kích từ trực tiếp lấy điện áp đầu máy phát qua máy biến áp đưa điện vào chỉnh lưu Thyristor I.3 Giới thiệu sơ đồ chỉnh lưu thường dùng 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Ở chọn sơ đồ chỉnh lưu cung cấp cho tải chiều có điện cảm lớn, không làm việc chế độ nghịch lưu trả lượng lưới Chúng ta sâu áp dụng mạch sử dụng thực tế chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu chu kỳ với biến áp trung tính, chỉnh lưu cầu pha, chỉnh lưu tia ba pha, chỉnh lưu tia sáu pha chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng I.3.1 Chỉnh lưu nửa chu kỳ *Trường hợp tải có tính trở : u2 T θ BA U1~ U2~ Ld Rd ud,id α θ Hình I.5 Sơ đồ Hình I.6 - đồ thị thời gian điện áp dòng điện tải nguyên lý chỉnh lưu với góc mở α (trường hợp tải trở) nưa chu kỳ a.Hoạt động : Vaò thời điểm α = θ ta phát xung mở T, lúc T pân cực thuận nên có dịng qua Nếu bỏ qua điện áp rơi T lúc Tmở điện áp lưới điện áp tải Vào thời điểm α = π điện áp lưới khơng, điện áp Anod T điện áp Catod nên T tự khóa Vì tải trở dạng đặc tính dịng điện giống điện áp b.Các thơng số : -Giá trị điện áp tải : + cosα U dα = U d0 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trong : Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát U d0 = U giá trị trung bình điện áp khơng điều π khiển -Dịng điện tải trung bình : U Id = dα Rd -Dịng điện trung bình qua van : I vtb = I d -Điện áp ngược lớn van : U ngmax = 2U -Hệ số công suất biến áp : S k s = ba = 3,09 Pdmax -Số lần đập mạch moat chu kỳ : fđm = u2 *Trường hợp tải có tính cảm : θ Hình I.7-đồ thị thời gian điện áp dòng điện tải với góc mở α (trườn hợp tải có tính cảm) ud,eL ud eL θ α id θ a.Hoạt động : θ1 Tương tự trường hợp tải trở, khác có điện cảm nên dịng điện tăng dần từ khơngvà điện áp khơng T dẫn dòng điện không b.Các thông số : -Tất giống trường hợp tải trở, khác giá trị điện áp tải trung bình : cosα -cos ( α -λ ) U dα = U d0 c.Nhận xét : 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Đây loại chỉnh lưu bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản Tuy chất lượng kỹ thuật chất lượng điện áp chiều, hiệu suất sử ụng biến áp xấu Do loại chỉnh lưu ứng dụng thực tế I.3.2 Chỉnh lưu chu kỳ với biến áp nối trung tính T1 u1 u2 Rd u2 ud,id ud id θ Ld iT1 θ T2 iT2 θ Hình I.8-sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu chu kỳ với biến áp có trung tính Hình I.9 - đặc tính thời gian điện áp dịng điện tải với góc mở α (trường hợp tải trở) *Trường hợp tải trở a.Hoạt động : Theo sơ đồ động lực biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, nửa chu kỳ có van dẫn cho dịng điện chạy qua Trong sơ đồ điện áp tải đập mạch hai nửa chu kỳ với tần số đập mạch hai lần tần số điện áp xoay chiều Hình dạng đường cong điện áp, dịng điện tải mơ tả hình I.10 với tải trở b.Các thơng số : -Điện áp tải trung bình : + cosα U dα = U d0 2 U d0 = - giá trị điện áp trung bình chỉnh lưu Trong : π khơng điều khiển 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát -Dịng điện tải trung bình : U dα Rd -Dịng điện qua van trung bình : I tbv = Id -Điện áp ngược lớn van : u ngmax = 2.U -Hệ số công suất máy biến áp : k s = 1, 48 -Số lần đập mạch moat chu kỳ : f dm = *Trường hợp tải cảm ( coi tải cảm vơ lớn ) u2 Id = Hình I.10 - đặc tính thời gian điện áp dịng điện tải với góc mở α (trường hợp tải có tính cảm) θ α Các thơng số : -Giá trị trung bình điện áp tải : U dα = U d0 cosα ud id θ c.Nhận xét : So với chỉnh lưu nủa chu kỳ chỉnh lưu có chất lượng điện áp tốt Dịng điện chạy van không lớn, tổng điện áp rơi van nhỏ Đối với chỉnh lưu có điều khiển I.9 nói chung việc điều khiển van bán dẫn tương đối đơn giản Tuy việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấp giống làm cho phức tạp hiệu suất sử dụng biến áp xấu, mặt khác điện áp ngược van phải chịu có trị số lớn I.3.3 Chỉnh lưu có điều khiển cầu pha 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Xét cầu pha điều khiển không đối xứng Sơ đồ mạch lực có hai dạng sau : u1 u1 D1 T1 D2 Rd Hình a T2 T2 u2 T1 D2 Ld u2 D1 Rd Hình b Ld Hình I.11 - sơ đồ mạch động lực chỉnh lưu cầu pha *Trường hợp tải trở.điều khiển không đối xứng a.Hoạt động : Vào thời điểm ta điều khiển mở đồng thời hai van T1, T4 T2,T3 Đồ thị thời gian điện áp, dòng điện tải thơng số với góc mở α giống chỉnh lưu cầu hai nửa chu kỳ với biến áp có trung tính b.Các thơng số Chỉ khác : -Điện áp ngược lớn van : U ngmax = 2U -Hệ số công suất biến áp : k s = 1, 23 *Trường hợp tải có tính cảm lớn 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ud,id ud Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát ud,id id θ iT1 iT1 θ θ θ Hình a θ iD2 θ θ θ iD1 iD1 id θ iT2 iT2 iD2 ud Hình b θ Hình I.12 - đặc tính thời gian điện áp, dịng điện tải dòng điện qua van a.Hoạt động ( xét hoạt động sơ đồ a ) Khi điện áp Anod T1 dương Catod D1 âm có dịng điện tải chạy qua T1, D1 đến điện áp đổi dấu ( với Anod T2 dương ) mà chưa có xung mở T2 lượng cuộn dây tải Ld xả qua D2,T1 Thyristor T1 bị khóa có xung mở T2 kết chuyển mạch van có điều khiển thực mở van Điện áp ngược van phải chịu : u ngv = 2.U b.Các thông số hai sơ đồ : Hình a: -Điện áp trung bình tải : + cosα U dα = U d0 -Dịng điện trung bình qua van : i i tbvD = i tbvT = d Hình b: - Điện áp trung bình tải : + cosα U dα = U d0 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát - Dịng điện trung bình qua van : π−α i tbvT = id 2π π+α i tbvD = id 2π c.Nhận xét : Nhìn chung loại chỉnh lưu cầu pha có chất lượng điện áp tương đương chỉnh lưu chu kỳ với biến áp có trung tính Chất lượng điện chiều dịng điện làm việc van nên việc ứng dụng chúng tương đương nhau.Mặc dù chỉnh lưu cầu pha có ưu điểm chỗ : điện áp ngược van bé hơn; biến áp dễ chế tạo hơn; có hiệu suất cao Thế chỉnh lưu cầu pha có số lượng van nhiều gấp hai lần làm giá thành cao hơn, sụt áp van lớn gấp hai lần I.3.4 Chỉnh lưu tia ba pha Hình I.13 - sơ dồ mạch động lực chỉnh lưu tia ba pha Rd c T3 *Khi tải trở uA a b T1 T2 uB Ld uC θ ud Hình I.14-đặc tính thời gian điện áp, dòng id 64 θ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát a.Hoạt động : Giao điểm đường cong điện áp (phần dương ) góc thơng tự nhiên Như góc thơng tự nhiên lệch pha dịch pha so với tọa độ 300 Góc mở Thyristor tính từ góc thơng tự nhiên Khi Anod van dương van kích mở Thyristor mở thơng với góc mở nhỏ thời điểm góc thơng tựï nhiên Với điện áp tải liên tục van dẫn thơng 1/3 chu kỳ Dịng điện trung bình van (1/3)Id Từ đồ thi ta có nhận xét : góc mở α < 300 dịng điện liên tục ngược lại b.Các thơng số : -Giá trị điện áp tải trung bình : Khi α 300: + cos ( α + 300 ) U dα = U d0 -Giá trị dịng điện tải trung bình : U Id = dα Rd -Dịng điện trung bình qua van : I I tbv = d -Điện áp ngược lớn van : U ngmax = 6.U -Hệ số công suất lớn : k s = 1,34 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát -Công suất máy biến áp : SBA = k s U d I d = 1,34.U d Id -Số lần đập mạch chu kỳ : f dm = *Trường hợp tải có tính cảm : ud u u u A B ;1 β1 ; IT1 i c β2 ; IT2 β3 ; IT3 Ud β4 θ Id θ uT1 θ Hình I.15 Giản đồ thời gian điện áp, dòng điện áp tải, dòng điện van, điện áp Thyristor T1 góc mở α =300, L= ∞ Các thông số : -Trị số trung bình điện áp tải : Ud = U cosα = 1,17.U f cosα 2.π -Công suất biến áp : SBA = 1,34.Ud.Id -Điện áp ngược đặt lên van : U ngmax = 6U 2f c.Nhận xét : 66 ... hai lần I .3. 4 Chỉnh lưu tia ba pha Hình I. 13 - sơ dồ mạch động lực chỉnh lưu tia ba pha Rd c T3 *Khi tải trở uA a b T1 T2 uB Ld uC θ ud Hình I.1 4-? ?ặc tính thời gian điện áp, dòng id 64 θ ĐỒ ÁN... cos α Khi α >30 0: + cos ( α + 30 0 ) U dα = U d0 -Giá trị dịng điện tải trung bình : U Id = dα Rd -Dịng điện trung bình qua van : I I tbv = d -? ?iện áp ngược lớn van : U ngmax = 6. U -Hệ số công... công suất lớn : k s = 1 ,34 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát -Công suất máy biến áp : SBA = k s U d I d = 1 ,34 .U d Id -Số lần đập mạch chu kỳ