PHÁT ĐIỆN
KHÁI NIỆM MÁY PHÁT ĐIỆN
Máy phát điện thực chất là một thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Sản phẩm này đóng vai trò chủ chốt trong các thiết bị cung cấp điện với 3 chức năng chính: phát điện, định tuyến và điều chỉnh điện áp.
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY PHÁT ĐIỆN
Ông phát hiện ra rằng dòng điện tích có thể được tạo ra khi nó đi qua một cuộn cảm, cũng như dòng điện tích thay đổi trong từ trường. Và ngược lại, nó sẽ tạo ra điện tích và từ đó tạo ra dòng điện.
CẤU TẠO MÁY PHÁT ĐIỆN
- Động cơ
- Đầu phát
- Hệ thống nhiên liệu
- Ổn áp
- Hệ thống làm mát
- Hệ thống bôi trơn
- Bộ sạc ắc quy
- Bảng điều khiển
- Hệ thống xả
Đặc tính ngắn mạch là mối quan hệ giữa dòng điện ngắn mạch và dòng điện kích từ khi điện áp U=0 và n=ndm. Để ổn định điện áp máy phát, hệ thống phát điện của nó phải bị ảnh hưởng.
MÁY PHÁT ĐIỆN 1 CHIỀU
GIỚI THIỆU MÁY PHÁT ĐIỆN 1 CHIỀU
Máy phát điện một chiều là máy điện tạo ra dòng điện một chiều thuận nghịch. Nếu được dẫn động thì là động cơ, nếu được kéo bởi máy khác thì là máy phát điện.
PHÂN LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN 1 CHIỀU THEO HỆ THỐNG KÍCH
Máy điện một chiều kích từ nối tiếp có các cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng. Máy điện một chiều kích thích hỗn hợp bao gồm hai cuộn dây kích từ: cuộn dây kích từ song song và cuộn dây kích từ nối tiếp, trong đó cuộn dây kích từ song song thường là cuộn dây chính.
CẤU TẠO MÁY PHÁT ĐIỆN 1 CHIỀU
Cực từ chính: gồm lõi sắt từ và cuộn dây từ trường bên ngoài lõi sắt từ. Nó thường được làm từ nhiều tấm đồng mỏng, cách nhiệt với nhau bằng tấm mica dày 0,4 đến 1,2 mm.
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY PHÁT ĐIỆN 1 CHIỀU
Đặc tính tải là mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện kích từ khi I=const,cosφ=const và n=nđm. Với sơ đồ này, dòng điện một chiều cung cấp cho cuộn kích từ sẽ lấy điện áp trực tiếp tại đầu cực máy phát thông qua bộ chỉnh lưu được điều khiển.
MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU
MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
Máy phát điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rôto khác với tốc độ quay của từ trường {n#ntt). Kể từ khi được phát minh, máy điện luôn không đồng bộ và chỉ được sử dụng ở chế độ động cơ.
MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Định nghĩa và công dụng máy phát điện động bộ
- Định nghĩa
- Công dụng
Cấu tạo máy phát điện đồng bộ
- Cấu tạo stator máy phát điện đồng bộ(chung cả cực ẩn và cực lồi)
- Cấu tạo rotor máy cực ẩn
- Máy cực lồi
Rôto của máy phát điện đồng bộ cực lồi công suất nhỏ và vừa có lõi thép làm bằng thép đúc và được gia công thành khối hình trụ trên bề mặt nơi đặt cực từ. Hiệu suất làm việc của máy điện công suất nhỏ luôn thấp hơn so với máy điện công suất lớn.
Nguyên lý hoạt động máy phát điện đồng bộ
Sự khác biệt giữa máy điện công suất nhỏ và máy điện công suất lớn là ngoài kích thước khác nhau, chúng còn khác nhau về hiệu suất làm việc, giá thành máy cũng như giá điện sản xuất, thời gian làm việc. Máy phát điện công suất nhỏ có kết cấu nhỏ gọn, rất tiện lợi khi sử dụng làm máy phát điện dự phòng khi mất điện lưới.
Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ
- Khi tải thuần trở
- Tải thuần cảm kháng (φ= 𝝅
- Tải thuần dung(φ=- 𝝅
- tải hỗn hợp(0<φ<± 𝝅
Từ thông từ từ trường quay cắt qua rôto, các cực từ và lõi thép stato. Kết quả là từ trường chính bị biến dạng: phía nửa cực được tăng cường theo hướng quay ngược lại (Hình 3.6.1c). Từ hình vẽ có thể thấy hướng của từ trường phần ứng dọc theo trục cực.
Sự phân bố từ thông như vậy được gọi là phản ứng dọc trục. Khi tải hoàn toàn cảm ứng, hướng từ thông phản ứng ngược chiều với từ trường chính, do đó từ trường chính bị suy yếu và máy bị khử từ. 2 < φ < 0 thì phản ứng phần ứng vừa là phản ứng ngang vừa là phản ứng dọc trục hạt nên phản ứng làm biến dạng từ trường của hạt.
Phản ứng phần ứng của máy điện cực ẩn
Trong đó: Xa - điện trở phần ứng của máy cực ẩn 3.8 Phản ứng phần ứng của máy điện cực nhô. Như vậy trong máy có 3 vách từ F0 - từ trường kích thích, Fad và Faq - từ trường phản ứng phần ứng. Baqm < 1 được gọi là hệ số hình dạng của vật cố định ngang và dọc.
Trong trường hợp tổng quát, giá trị cảm ứng lớn nhất từ phần ứng thẳng đứng bằng: Badm=. Kδ và δ – các hệ số chú ý đến độ dẫn từ của không khí và độ rộng của khe hở không khí.
Các dặc tính của máy phát điện đồng bộ
- Đặc tính không tải
- Đặc tính ngắn mạch
- Đặc tính tải
- Đặc tính ngoài
- Cho trường hợp tải thuần cảm (Z t =X t )
- Khi tải thuần dung
- Khi tải thuần trở(Z t =R t )
- Đặc tính điều chỉnh
Đặc tính không tải là tỉ số hàn giữa sdd và dòng điện từ E0=F(Ikt) khi dòng tải là I=0 và n=nđm. Đặc tính chạy tự do cùng với đặc tính ngắn mạch cho phép chúng ta xác định tam giác đặc tính và chúng ta có thể sử dụng tam giác này để xây dựng sơ đồ vectơ. Nếu đặt Ep trên đặc tính không tải thì ta được điểm B. Trong tam giác ABC có: AC=Fad AB=Ep.
Hình 3.9.3 thể hiện đặc tính tải đối với các loại tải khác nhau (với phản lực phần ứng khác nhau). Đặc tính điều chỉnh là mối quan hệ hàm số giữa dòng kích từ và dòng tải ikt=f(I) khi U=const,n=const và cos φ=const.
Tổn hao và hiệu suất
Máy bù đồng bộ
Ngắn mạch ổn định máy phát đồng bộ
Hai hiệu ứng này đều do dòng điện gây ra nên nghiên cứu ngắn mạch trước tiên xác định dòng điện ngắn mạch. Từ biểu thức này chúng ta thấy rằng dòng điện ngắn mạch tỉ lệ với tần số vòng lặp. Ta thấy ngắn mạch 3 pha là ít nguy hiểm nhất, ngắn mạch 1 pha là nguy hiểm nhất.
Bộ kích thích thử nghiệm có giá trị dòng điện ngắn mạch lớn hơn bộ kích thích thấp. Nếu ngắn mạch đối xứng không có tải ở điện áp danh định Udm thì dòng ngắn mạch sẽ có giá trị nhỏ hơn dòng điện định mức.
Ngắn mạch không ổn định
So với bộ chỉnh lưu nửa chu kỳ, bộ chỉnh lưu này có chất lượng điện áp tốt hơn. Giao điểm của các đường cong điện áp (phần dương) là góc từ thông tự nhiên. Điện áp trên tải có thể được coi là tổng của hai điện áp chỉnh lưu ba pha.
Giai đoạn so sánh sẽ nhận được tín hiệu điện áp răng cưa Urc và điện áp điều khiển Udk. Điện áp tham chiếu này được so sánh với điện áp điều khiển đầu vào Udk.
HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP ĐẦU RA MÁY PHÁT
Khái quát hệ thống kích từ máy điện đồng bộ
Để có được chất lượng điện năng được đảm bảo như vậy thì giá trị của hai đại lượng tần số và điện áp phải nằm trong giới hạn quy định của tiêu chuẩn, điện áp đầu cực máy phát Uy luôn thay đổi so với giá trị quy định. Mức độ khi tải thay đổi như ngắt điện đột ngột, cắt đường dây hoặc máy biến áp mang tải, gián đoạn máy phát điện mang tải. Khi có sự thay đổi ở tải trên hoặc xảy ra đoản mạch, điện áp ở đầu cực máy phát giảm xuống. Vì vậy, vấn đề ổn định điện áp máy phát điện tự động là vấn đề cần thiết đối với tất cả các máy phát điện đồng bộ.
Kích thích là một yếu tố rất quan trọng của máy phát đồng bộ. Ta biết điện áp ở đầu cực máy phát là do dòng điện kích từ nên đặc tính làm việc ổn định, ổn định.
Các loại hệ kích từ máy phát đồng bộ
- Hệ kích từ dùng máy kích từ 1 chiều
- Hệ kích từ dùng máy kích từ xoay chiều kết hợp với bộ chỉnh lưu
- Hệ tự kích thích
- Hệ thống kích từ chỉnh lưu có điểu khiển
Dòng điện cảm của máy phát điều chỉnh trực tiếp dòng điện kích từ It. Cuộn dây kích từ của máy phát kích thích (đặt tại stato) được cung cấp dòng điện bởi một bộ chỉnh lưu khác (thường là bộ chỉnh lưu có điều khiển. Do đó, với hệ thống kích thích người ta sử dụng bộ chỉnh lưu điều khiển xung. Được điều khiển bằng tác động của bộ điều khiển nhận tín hiệu từ bộ điều khiển đầu ra của máy phát điện thay đổi trực tiếp thành điện áp kích thích của máy phát điện.
Bộ chỉnh lưu này sử dụng thyristor và các xung điều khiển nhận trực tiếp từ bộ điều khiển để lấy tín hiệu từ đầu ra nhằm thay đổi dòng điện máy phát và áp suất kích thích. Do công suất máy phát điện 12KVA không lớn nên chúng tôi lựa chọn phương pháp điều chỉnh kích thích lấy trực tiếp điện áp ra của máy phát qua máy biến áp rồi đưa điện vào bộ chỉnh lưu Thyristor.
Giới thiệu các sơ đổ chỉnh lưu thường dùng hiện nay
- Chỉnh lưu một nửa chu kỳ
- Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp nối trung tính
- Chính lưu có điều khiển cầu một pha
- Chính lưu tia 3 pha
- Chính lưu 6 pha
- Chỉnh lưu cầu ba pha
Vì tải chỉ là điện trở nên đặc tính của dòng điện giống như đặc tính của điện áp. Dòng điện trong van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ. Nhìn chung, bộ chỉnh lưu cầu một pha có chất lượng điện áp tương tự như bộ chỉnh lưu toàn chu kỳ có máy biến áp trung tính.
Dạng sóng điện áp tải ở đây là sự phân chia dương hơn của điện áp pha. Chỉnh lưu cầu ba pha hiện nay là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu suất máy biến áp cao nhất nhưng cũng là sơ đồ phức tạp nhất.
Đi sâu vào mạch ổn định điện áp
- Mạch điều khiển thyristor
- Nguyên lý thiết kế mạch điểu khiển
- Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu
- Thiết kế sơ đô nguyên lý
- Giới thiệu 1 số sơ đồ trong các khâu
Vậy Udk = Urc ở vùng điện áp dương anode thì xung điều khiển Xay được tạo ra. Giai đoạn đồng bộ pha có nhiệm vụ tạo ra điện áp Urc cùng pha với điện áp anode của thyristor. Sơ đồ này và sơ đồ đồng bộ pha sử dụng bóng bán dẫn và tụ điện có chất lượng điện áp tương đối giống nhau.
Đặc biệt, chúng ta không phải sử dụng máy biến pha mà chất lượng điện áp vẫn khá tốt. Tuy nhiên, yêu cầu để điều khiển thyristor là điều khiển thyristor mở về phía dương của điện áp UAT.
