Đi sâu khai thác hoạt động của trạm phát điện mô phỏng

  • 51 trang
  • file .doc
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo
trong trường Đại học Hàng Hải Việt Nam nói chung và các thầy cô giáo trong
khoa
Điện - điện tử, bộ môn Điện Tự Động Tàu Thủy nói riêng đã tận tình giảng dạy,
truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian
qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Đào Minh Quân, thầy đã tận tình
giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt
nghiệp. Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều
kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu,
học tập nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá
trình học tập và công tác sau này.
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên,
đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành
đồ án tốt nghiệp của mình.
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan các kết quả nghiên cứu đưa ra trong đồ án này dựa trên các kết
quả thu đựợc trong quá trình nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép bất kỳ kết
quả nghiên cứu nào của các tác giả khác. Nội dung của đồ án có tham khảo và
sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các nguồn sách, tài liệu được liệt kê trong
danh mục các tài liệu tham khảo.
ii
MỞ ĐẦU
Trên đất liền điện năng giữ một vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống,
trong khoa học và kỹ thuật. Trên tàu thủy điện năng còn đóng vai trò quan trọng
hơn vì đó là nguồn năng lượng độc lập giúp các thiết bị hàng hải hoạt động đảm
bảo hiệu quả, sự an toàn đối với con người, hàng hóa và con tàu. Có lẽ chính vì
thế mà các thủy thủ, sỹ quan trên tàu thủy cần phải có kiến thức về hàng hải nói
chung và điện tàu thủy nói riêng.
Đồ án tốt nghiệp do em thực hiện thể hiện những kiến thức cơ bản nhất về
nguyên lý hoạt động, cách thức vận hành trạm phát điện trên tàu thủy để đảm
bảo sự hoạt động xuyên suốt, hiệu quả và an toàn của con tàu.
Quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian
và kiến thức còn hạn chế. Phần trình bày của em còn nhiều thiếu sót. Em mong
các thầy cô giáo trong khoa Điện- Điện tử thông cảm!
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh Viên: Nguyễn Văn Hùng
iii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................ii
MỞ ĐẦU..............................................................................................................iii
MỤC LỤC............................................................................................................iv
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT......................................................................1
1.1. Vai trò, tầm quan trọng và những yêu cầu cơ bản của trạm phát điện trên tàu
thủy........................................................................................................................1
1.2.Phân loại và thông số cơ bản của trạm phát điện tàu thủy..............................3
1.3. Công tác song song các máy phát..................................................................4
1.3.1. Khái niệm chung.........................................................................................4
1.3.2. Công tác song song giữa các máy phát điện 3 pha......................................5
1.3.3. Phân chia tải cho các máy phát điện xoay chiều ( tải P và Q).....................6
CHƯƠNG 2 : ĐI SÂU KHAI THÁC HOẠT ĐỘNG CỦA TRẠM PHÁT ĐIỆN
MÔ PHỎNG........................................................................................................18
2.1. Các chức năng cơ bản của bảng điện chính.................................................18
2.1.1. Đo lường các thông số trạm phát điện.......................................................18
2.1.2. Đóng mở ACB...........................................................................................21
2.1.3. Điều chỉnh điện áp máy phát.....................................................................22
2.1.4. Điều khiển tăng giảm nhiên liệu cho động cơ...........................................23
2.1.5. Hòa đồng bộ..............................................................................................25
2.1.6. Phân chia tải tác dụng và tải vô công........................................................28
2.1.7. Phân chia tải vô công cho các máy phát công tác song song....................29
2.1.8. Các báo động và bảo vệ.............................................................................30
2.2. Vận hành trạm phát điện..............................................................................32
2.2.1. Giới thiệu sơ bộ về bảng điện chính..........................................................33
2.2.2. Vận hành trạm phát...................................................................................36
2.2.3. Vận hành chế độ tự động của thiết bị mô phỏng bảng điện chính............39
2.2.4. Chế độ chia tải đối với T/G.......................................................................42
2.2.5. Thử các thiết bị bảo vệ bảng điện chính....................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................45
iv
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Vai trò, tầm quan trọng và những yêu cầu cơ bản của trạm phát điện trên
tàu thủy
Trạm phát điện trên tàu thủy làm nhiệm vụ cung cấp truyền tải và phân bố
năng lượng điện năng cho các thiết bị điện.
Tất cả các thiết bị điện để vận hành một con tàu lớn hầu hết sử dụng nguồn
năng lượng điện, chính vì vậy điện năng đóng vai trò rết quan trọng quyết định đến
sự sống của những con tàu. Từ các thiết bị máy móc điện hang hải như: vô tuyến,
VHF, Rada, Máy đo độ sâu… đến các thiết bị buồn máy như: chiếu sáng, đốt nóng,
máy lạnh..đều sử dụng năng lượng chung là năng lượng điện.
Do điều kiện làm việc trên tàu thủy rất khắc nghiệt do luôn phải chịu tác động
của môi trường như rung lắc, chênh lệch nhiệt độ khi tàu đi qua các vùng biển khác
nhau, độ ẩm, muối mặn… và nhiều điều kiện khác nên trạm phát điện tàu thủy cần
phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản của các trạm bình thường mà còn phải thỏa mãn
thêm các yêu cầu sau:
Độ tin cậy của hệ thống:
- Phải thỏa mãn theo yêu, nhiệm vụ chức năng của hệ thống. Muốn đảm bảo
độ tin cậy trong tất cả các chế độ công tác phải có các phần tử dự trữ: như máy
phát, dây dẫn, động cơ,v.v...
- Phân chia toàn bộ mạch chính ra nhiều phần, mỗi phần có thể công tác độc
lập, giảm số lượng thiết bị, phần tử trong hệ thống đến mức tối thiểu.
- Tự động khởi động các máy phát dự trữ ( máy phát sự cố, máy phát dự trữ,
động cơ truyền động máy phụ dự trữ).
- Khi các thông số kỹ thuật vượt quá trị số cho phép, sử dụng các phần tử bảo
vệ phân đoạn có thời gian hoạt động nhỏ nhất.
Tính cơ động của hệ thống:
1
- Tính chất này nhằm thỏa mãn những yêu cầu do bản thân nhiệm vụ chức
năng của các phần tử (đảm bảo vận hành tàu an toàn, đảm bảo các chế độ công tác
làm hang, v.v...). Không những ở chế độ công tác bình thường mà ngay cả khi một
vài phần tử bị hư hỏng. Các thiết bị an toàn và sơ đồ phải đảm bảo nhanh chóng
khắc phục những chỗ hư hỏng, cho phép tiến hành kiểm tra để khắc phục sai sót khi
vận hành.
- Ngoài ra tính cơ động của hệ thống còn thể hiện là cho phép khắc phục các
hư hỏng và sửa chữa bảo dưỡng dễ dàng khi ngắt điện áp.
Vận hành và sử dụng thuận tiện:
- Sơ đồ phải đơn giản, cấu tạo phải hoàn chỉnh, thời gian sửa chữa ít, tăng thời
gian vận hành, áp dụng điều khiển từ xa, tập trung, dễ dàng phát hiện những
chỗ hư hỏng.
Kinh tế vận hành trong khai thác:
- Ứng dụng các hệ thống tự động rộng rãi, giảm chi phí cho hoạt động của hệ
thống như dùng nguồn điện bờ khi tàu đứng trong cảng hoặc ứng dụng máy phát
đồng trục khi tàu hành trình.
- Phụ tải trên tàu thủy thường chia ra làm ba nhóm.sau:
+ Nhóm thứ nhất: gồm những phụ tải rất quan trọng, nếu mất điện có thể gây
nguy hiểm cho tàu và thuyền viên.
Ví dụ: hệ thống đèn hành trình, các thiết bị vô tuyến điện, máy lái v.v... Nhóm
phụ tải này phải được nhận điện áp từ hai nguồn độc lập.( nguồn chính và nguồn sự
cố)
+ Nhóm thứ hai: gồm những phụ tải quan trọng như: Neo, các bơm cứu hỏa,
bơm la canh và những máy phục vụ cho máy chính v.v... Nguồn điện cấp cho nhóm
thứ hai cũng phải thường xuyên và tin cậy trong chế độ công tác bình thường và sự cố.
+ Nhóm thứ ba: Các phụ tải ít quan trọng như: bếp điện, quạt gió v.v...
2
Đối với nhóm này cho phép gián đoạn nguồn điện cấp trong một thời gian khi
các máy phát bị quá tải hay sửa chữa.
1.2.Phân loại và thông số cơ bản của trạm phát điện tàu thủy
Phân loại:
- Phân loại theo công suất trạm phát:
+ Tổng công suất trạm phát nhỏ hơn 1500kw: Trạm phát có công suất nhỏ.
+ Tổng công suất trạm phát từ 1500 đến 5000KW: trạm phát có công suất
trung bình.
+ Tổng công suất trạm phát lớn hơn 5000kw: Trạm phát có công suất lớn.
- Phân loại theo động cơ lai:
+ Trạm phát DIEZEL: có động cơ lai là diesel.
+ Trạm phát tuabin: có động cơ lai là tua bin nước, hơi..
+ Trạm phát hỗn hợp: lai với diesel và tuabin.
- Phân loại theo dòng điện:
+ Trạm phát một chiều: máy phát là máy phát một chiều
+ Trạm phát xoay chiều: máy phát là máy phát đồng bộ 3 pha
- Phân loại theo chức năng:
+ Trạm phát điện chính: là trạm phát hoạt động thường xuyên, đảm bảo cung
cấp đủ năng lượng cho mội chế độ hoạt động của tàu
+ Trạm phát sự cố: chỉ hoạt động khi tàu bị sự cố, máy chính không hoạt
động được
Các thông số cơ bản:
- Loại dòng điện:
Trong các hệ thống tàu thủy cũng như điện bờ luôn sử dụng 2 loại dòng điện
là dòng xoay chiều và dòng một chiều.
- Cấp điện áp:
3
Các cấp điện áp cơ bản: 110v, 220v, 380v, 440v
- Tần số của máy phát:
Trên tàu thủy cũng như lưới điện quốc gia có 2 loại tần số:
+ Khối liên xô cũ và một số nước XHCN sử dụng dòng điện có tần số 50Hz.
+ Khối tư bản sử dụng dòng điện có tần số 60hz.
Khi tăng tần số thì giảm được trọng lượng và kích thước do:
P=M.n
N=60f/P
M=F.d
P: công suất
M: momen quay
N: tốc độ quay
F: tần số
D: đường kính roto
Thông thường trên tàu thủy công suất trạm phát tùy thuộc vào từng loại tàu,
cấp tàu, trọng tải, trang thiết bị trên tàu mà số lượng hay công suất máy phát cũng
thay đổi theo. Tuy vậy việc bố trí cũng như số lượng các máy phát phải tuân thủ
theo yêu cầu sau:
+ Trạm phát phải cung cấp đầy đủ công suất cho các thiết bị điện trên tàu.
+ Bắt buộc phải có trạm phát điện sự cố đặt trên mớn nước của tàu.
1.3. Công tác song song các máy phát
1.3.1. Khái niệm chung
Sự cần thiết phải công tác song song các máy phát:
Nguồn điện năng cấp cho các phụ tải trong hệ thống điện năng tàu thuỷ có thể
được lấy từ những nguồn độc lập hay một nguồn chung do nhiều tổ máy phát điện
chạy song song với nhau. Hiện nay trên các đội tàu của thế giới công tác song song
của các máy phát trong các hệ thống năng lượng điện chiếm đa số và ngày càng
4
phát triển với trình độ tự động hóa cao. Tự động khởi động, hòa đồng bộ máy phát
khi hệ thống quá tải, tự động cho máy phát dừng khi công suất của trạm phát lớn
hơn nhiều so với công suất của các phụ tải.
Ta biết rằng dù tự động hóa hay chưa tự động hóa thì sự công tác song song
của các tổ máy phát là rất cần thiết vì nó có nhiều ưu điểm so với tổ máy phát chạy
độc lập ở các điểm sau:
- Tạo điều kiện để giảm bớt các thiết bị chuyển mạch, dây cáp nối các phần tử
thiết bị với nhau.
- Giảm trọng lượng và kích thước của các thiết bị phân phối điện.
- Bảo đảm nguồn điện được liên tục cho phụ tải ở mọi trường hợp (ngay cả khi
chuyền tải từ máy này sang máy khác).
- Giảm sự dao động điện áp khi tải tăng đột ngột.
- Nâng cao hiệu năng sử dụng công suất của các máy phát.
Tất cả những ưu điểm trên đã tạo điều kiện sử dụng một cách rộng rãi khả
năng công tác song song của các nguồn điện trên tàu thuỷ. Tuy nhiên khi các tổ
máy phát chạy song song có các nhược điểm sau:
- Đòi hỏi người vận hành phải có trình độ cao về chuyên môn.
- Độ lớn của dòng ngắn mạch tăng, nên cần phải có các thiết bị bảo vệ ngắn
mạch phức tạp, bảo vệ công suất ngược.
- Sự phân bố tải sẽ phức tạp hơn khi một trong các động cơ lai có sự số nhỏ.
Các điều kiện xuất hiện ở các máy phát đồng bộ công tác song song phụ thuộc
trước tiên vào tỷ số công suất của chúng.
1.3.2. Công tác song song giữa các máy phát điện 3 pha
Đưa máy phát đồng bộ vào công tác song song là quá trình đưa một máy phát
từ trạng thái không công tác đến trạng thái cùng cung cấp năng lượng cho thanh cái
đang có một hay nhiều máy phát khác công tác. Quá trình hòa đồng bộ coi là thành
công khi không gây ra xung dòng lớn và thời gian tồn tại quá trình này phải ngắn.
5
Điều đó là cần thiết, vì sự công tác ổn định của hệ thống, nhất là lúc một trong
những máy phát khác đang làm việc bị sự cố.
Đưa máy phát đồng bộ vào công tác song song với các máy phát khác trong
thực tế có hai phương pháp cơ bản:
1- Hòa đồng bộ: là phương pháp đưa một máy phát đồng bộ đã được kích từ
đến điện áp định mức vào công tác song song với các máy phát khác.
2- Từ hòa đồng bộ: Là quá trình đóng máy phát đồng bộ chưa được kích từ
vào công tác song song với các máy phát khác nhau sau khi đã quay máy phát đến
tốc độ định mức rồi sau đó mới bắt đầu kích từ lên điện áp định mức. Phương pháp
này gây ra xung dòng lớn, không thể áp dụng cho trạm phát điện tàu thuỷ bởi vì
công suất của máy phát định hòa tương đương với công suất mà trạm phát đang có.
Khái niệm này ta gọi là máy phát công tác với mạng mềm. Trên tầu thuỷ để hoà 1
máy phát vào công tác song song với lưới chúng ta có thể thực hiện theo 2 cách
sau: Hòa đồng bộ chính xác và hòa đồng bộ thô.
Hòa đồng bộ chính xác là tại thời điểm đóng máy phát lên thanh cái, tất cả các
điều kiện phải được thỏa mãn.
Còn hòa đồng bộ thô là tại thời điểm đóng máy phát lên thanh cái, tất cả các
điều kiện phải thỏa mãn chỉ trừ điều kiện góc pha ban đầu của điện áp lưới và máy
phát chưa như nhau.
1.3.3. Phân chia tải cho các máy phát điện xoay chiều ( tải P và Q)
1.3.3.1. Khái niệm chung
Trạm phát điện trên hầu hết các tàu thuỷ ngày nay đều được bố trí để các máy
phát điện công tác song song với nhau vì các lý do sau:
- Xuất phát từ vấn đề khai thác kinh tế các tổ hợp Diesel lai máy phát được
trang bị.
- Xuất phát từ yêu cầu phải cung cấp năng lượng điện liên tục (không gián
đoạn) cho các phụ tải.
6
- Xuất phát từ các yêu cầu máy phát trên tàu có thể công tác song song được
với mạng trên bờ.
Tải của trạm phát luôn quan niệm rằng nó là tổng của hai loại: Đó là tải tác
dụng (P) và tải vô công (phản tác dụng Q ). Tải tác dụng của máy phát điện tỷ lệ
thuận với mômen trên trục của nó nên sự phân chia tải tác dụng giữa các máy phát
công tác song song là sự phân chia mômen cản trên trục của các máy phát. Việc
này được thực hiện nhờ thay đổi lượng nhiên liệu vào động cơ truyền động thông
qua bộ điều tốc.
Tải phản tác dụng của máy phát ta quan niệm đó là tải phản tác dụng mang
tính cảm kháng và tải phản tác dụng mang tính dung kháng. Ở đây ta chỉ quan tâm
đến vấn đề phân bố tải phản tác dụng mang tính cảm kháng. Việc thực hiện phân
bố tải phản tác dụng được thực hiện nhờ việc thay đổi trị số dòng kích từ tức là phụ
thuộc vào công tác của các hệ thống tự động điều chỉnh điện áp.
Theo quy định của Đăng kiểm thì sự chênh lệch tải vô công giữa hai máy công
tác song song không được vượt quá 10% công suất vô công định mức của máy lớn
nhất. Khi các máy phát công tác song song nếu có sự phân bố tải vô công không
đều, vượt ngoài giới hạn cho phép sẽ dẫn đến những hậu quả sau:
- Máy phát này nhận toàn bộ tải vô công của máy kia dẫn đến cắt một máy ra
khỏi mạng do kết quả quá tải (quá dòng).
- Hiệu suất sử dụng của máy có tải vô công lớn sẽ rất thấp.
- Tăng tổn hao trong các cuộn dây vì luôn luôn có dòng cân bằng chạy trong
hai máy.
Để thực hiện phân bố tải vô công cho các máy phát công tác song song thực tế
đã áp dụng các phương pháp sau đây:
1. Điều khiển đặc tính ngoài của máy phát.
2. Tự điều chỉnh phân bố tải vô công.
3. Nối dây cân bằng.
7
Biện pháp thuận tiện nhất để tác động phân bố tải vô công là tận dụng tính
chất của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp. Phương pháp 1 và 2 thường áp dụng
cho các máy phát có hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo độ lệch hoặc một
phần theo độ lệch (hệ thống kết hợp). Phương pháp 3 thường áp dụng cho máy phát
có hệ thống phức hợp đơn thuần.
1.3.3.2. Điều chỉnh phân chia tải vô công bằng phương pháp điều khiển đặc
tính ngoài.
Độ nghiêng của đặc tính ngoài máy phát là yếu tố quyết định phân bố tải vô
công khi chúng công tác song song. Khi thành lập đặc tính ngoài máy phát ta quy
định cos = const và n = const. Nhưng trong thực tế thì rất nhiều yếu tố như sự
thay đổi tốc độ, nhiệt độ, tính chất của bộ tự động điều chỉnh điện áp và tính chất
của máy phát v.v..làm ảnh hưởng đến dạng đặc tính ngoài của máy phát. Mặc dù
các máy phát được chế tạo cùng sơri và cùng có hệ thống tự động điều chỉnh điện
áp như nhau, chúng ta cũng không thể có được đặc tính ngoài của chúng giống hệt
nhau.
Nếu ta gọi điện áp của hai máy phát công tác song song là U 1 và U2 và dòng I1
và I2 ta có phương trình vectơ:
U1 = U2 = U
I1 + I2 = I (Trong đó: U và I là điện áp và dòng trên thanh cái bảng điện chính)
u
Uo 1
U
2
0 I2 I1 I c¶m kh¸ng
Sơ đồ 1: đặc tính điện áp và dòng điện
8
Trong trường hợp tải là thuần kháng, việc phân bố dòng tải được giới thiệu
trên hình. Từ đặc tính ngoài ta thấy hai máy phát được phân bố tải vô công đều chỉ
khi đặc tính của chúng trùng lên nhau.
Từ đặc tính hình bên trên có thể rút ra kết luận quan trọng cho bộ điều chỉnh
điện áp. Hệ thống điều chỉnh phải có khả năng điều chỉnh chính xác và ổn định
điện áp trong chế độ không tải.
Để có thể điều chỉnh được độ nghiêng của đặc tính ngoài (độ hữu sai của đặc
tính) các nhà chế tạo đã đưa vào hệ thống tự động điều chỉnh điện áp một khối mà
thông qua nó điều khiển được độ nghiêng phụ thuộc vào mức độ tải vô công.
Có hai cách thực hiện phương pháp trên: Lấy tín hiệu từ dòng kích từ, lấy tín
hiệu từ dòng tải của máy phát. Sau đây lần lượt giới thiệu hai cách thực hiện trên.
Phương pháp lấy tín hiệu từ dòng kích từ:
Nếu luôn giữ cho điện áp bằng trị số định mức thì sự thay đổi dòng kích từ gần
như tuyến tính với sự thay đổi dòng tải vô công của phần ứng. Nên khi lấy tín hiệu
từ dòng kích từ cũng phản ánh được mức độ tải vô công của máy phát. (sơ đồ 2)
giới thiệu sơ đồ nguyên lý lấy tín hiệu từ dòng kích từ.
R S T Uo
SS
R
TH
Bd
Kt
Sơ đồ 2: nguyên lý lấy tín hiệu từ dòng kích từ.
Ta lấy tín hiệu dòng kích từ thông qua biến dòng một pha trước chỉnh lưu và
khép kín qua biến trở R. Đưa đến phần từ đo và so sánh ss gồm ba tín hiệu, đó là
9
điện áp chuẩn uo, điện áp thực của máy phát U và tín hiệu của dòng kích từ. Tín
hiệu từ dòng kích từ làm cho tín hiệu ra từ phần tử ss nhỏ đi vì vậy gây nên hiện
tượng. Khi dòng kích từ càng tăng thì tín hiệu ra từ phần tử đo và so sánh sẽ càng
nhỏ. Nên khi máy phát càng nhận tải vô công nhiều thì đặc tính ngoài của nó càng
dốc xuống. Còn khi tải tác dụng của máy phát tăng dòng kích từ thay đổi không
nhiều lắm nên đặc tính ngoài ít dốc hơn. Để điều chỉnh độ nghiêng của đặc tính ta
chỉ cần điều chỉnh biến trở R.
Phương pháp trên không được ứng dụng nhiều lắm vì khả năng điều chỉnh
không lớn.
Lấy tín hiệu từ dòng tải của máy phát:
Phương pháp lấy tín hiệu từ dòng tải của máy phát để điều khiển đặc tính
ngoài thường được ứng dụng nhiều nhất. Nguyên lý hoạt động của hệ thống được
giới thiệu ở sơ đồ sau:
R S T
R
ss
UT
uw ITT IT UP
ITT.R
URS
ITP US ITP.R
g
US UR
W
Sơ đồ 3: nguyên lý lấy tín hiệu từ dòng tải và sơ đồ vectơ.
Điện áp dây của pha R,S là U RS được đưa đến phần tử đo, so sánh SS vuông
góc với véc tơ điện áp của U1 dòng pha T được lấy thông qua biến dòng Bd và biến
10
trở R trên mạch vào của phần tử đo - so sánh. Tổng tín hiệu đưa đến phần tử đo - so
sánh. U rs  U r so sánh với điện áp chuẩn Up.
Từ đồ thị véc tơ ta thấy thành phần tác dụng I t tạo nên điện áp rơi trên các biến
trở R là IttR vuông góc với Urs. Điện áp này làm thay đổi độ lớn của điện áp tổng
đưa đến ss ở mức độ bé. Còn điện áp rơi trên R do thành phần phản tác dụng ( I tp.R)
gây nên sẽ cộng đại số với U rs nên nó là chủ yếu làm thay đổi tín hiệu tổng đưa đến
ss để so sánh với Up.
Mặt khác ta coi điện áp rơi ItpR là thành phần làm nhỏ bớt điện áp chuẩn và nó
phụ thuộc vào dòng phản tác dụng.
Uz = Uo - ItpR
Với kết quả từ biểu thức trên ta có độ nghiêng của đặc tính ngoài phụ thuộc
vào thành phần dòng phản tác dụng. Muốn thay đổi mức độ nghiêng của đặc tính
với cùng chỉ số dòng Itp ta chỉ việc thay đổi biến trở R.
Để thực hiện việc điều khiển độ nghiêng của đặc tính ngoài chính xác hơn ta
mắc thứ cấp của biến dòng không riêng điện trở của R mà còn đối nối thêm biến trở
kháng X như sơ đồ 4.
R S T
UT
Uo
R X
ss IT.X
uRSUo Ict
U UP
It
g 
IT.R
3~
Itp
URS Uo
Sơ đồ 4: điều khiển độ nghiêng đặc tính ngoài
11
Sự gia tăng điện áp đưa đến phần tử đo - so sánh do biến dòng, điện trở R và
điện trở kháng X như sau:
 o  I t R sin 
 o  I tp R  I tt X
Vậy trị số điện áp chuẩn để so sánh với điện áp máy phát chỉ còn
U z U o  U o U o  I tp R  I tt X
Như vậy với mục đích thay đổi mức độ nghiêng của đặc tính ngoài máy phát
ta chỉ cần thay đổi biến trở R và biến trở cảm kháng X trong mạch vào của phần tử
do so sánh. Càng tăng trị số R ta càng tăng sự ổn định khi công tác song song
nhưng đồng thời làm tăng sai số của hệ thống điều chỉnh điện áp. Để làm giảm bớt
sai số đó ta có thể thực hiện bằng cách chọn trị số X phù hợp.
1.3.3.3. Tự động điều chỉnh phân bố tải vô công
Khi ứng dụng phương pháp điều khiển đặc tính ngoài thường phải một số hạn
chế như khi lắp ráp, sửa chữa hay thử nghiệm cần phải khảo sát đo đạc để chỉnh độ
nghiêng của đặc tính. Ngoài ra một số thông số của hệ thống bị thay đổi do tác
động của các yếu tố bên ngoài từ môi trường, nhất là nhiệt độ, điều đó dẫn đến các
đặc tính của các máy phát không có độ nghiêng như nhau và gây ra sự phân tải vô
công không đồng đều.
Những hạn chế nêu trên có thể khắc phục được nhờ ứng dụng phương pháp tự
điều chỉnh phân bố tải vô công.
Phương pháp này chủ yếu dựa trên tín hiệu phân bố tải vô công không đều giữa
các máy trong công tác song song. Sơ đồ nguyên lý được giới thiệu trên sơ đồ 5.
Tín hiệu điện áp dãy Urs và dòng pha T công trình học đưa đến cầu chỉnh lưu
hai nửa chu kỳ. Toàn bộ điện áp một chiều đặt trên điện trở Ro.
12
R S T
M¸y ph¸t 1 M¸y ph¸t 2
X3 a a X3
R2
R6 R6
R2 b b R2
g R1 R2
3~
Sơ đồ 5: nguyên lý tự động điều chỉnh phân bố tải vô công
Bđc- Bộ tự động điều chỉnh điện áp.
U6 = ( Kn.Urs + Rzsin  ). Kp
KtpKp - các hệ số truyền đạt của biến áp và biến dòng. Điện trở R6 được
đấu song song bằng dây đấu cân bằng qua cuộn cảm X 3 và điện trở R5 giống hệt
như các máy phát khác. Nếu hai máy được phân bổ tải vô công như nhau, điện áp
đặt trên hai điện trở R6 bằng nhau không có dòng chạy trong mạch và trên các điện
trở R5 không có điện áp rơi. Nếu một trong hai máy phát nhận tải vô công nhiều
hơn máy kia thì điện áp đặt trên R 6 của máy đó sẽ  lớn hơn điện áp đặt trên R 6 của
máy kia. Trong mạch xuất hiện dòng cân bằng và gây ra điện áp rơi trên hai điện
trở R5. Điện áp rơi trên các điện trở R5 được đưa đến các bộ tự động điều chỉnh điện
áp Bđc1 và Bđc2 như một tín hiệu phụ làm thay đổi dòng kích từ của hai máy phát
theo chiều hướng cân bằng điện áp đặt trên R 6 và như vậy là cân bằng tải vô công
cho hai máy phát. Cuộn cảm X 3 có chức năng san phẳng dòng cân bằng để không
gây ra nhiễu loạn công tác của của hệ thống điều chỉnh điện áp. Thông qua việc
thay đổi trị số của Rz và hệ số truyền đạt biến dòng có thể khẳng định phân bố tải
vô công đều giữa các máy phát công tác song song không phụ thuộc vào sự biến
đổi các thông số khác của hệ thống, ví dụ như điện áp chuẩn của mỗi hệ thống. Tín
hiệu điều chỉnh tải vô công được đưa đến điểm nhạy cảm nhất của hệ thống như
13
khâu tạo xung. Nhờ vậy nó được khuyếch đại rất mạnh. Qua khảo sát khi ứng dụng
phương pháp này sự chênh lệch tải vô công giữa các máy phát không vượt quá 5%.
1.3.3.4. Phân chia tải vô công bằng cách nối dây cân bằng
Hai phương pháp đã giới thiệu ở trên không thể ứng dụng được cho những
máy phát có hệ thống tự động điều chỉnh điện áp phức hợp pha đơn thuần. Vì vậy
để thực hiện phân bố tải vô công cho các máy phát loại này ta áp dụng phương
pháp nối dây cân bằng. Nối như vậy ta tạo được sự đồng thời thay đổi dòng kích từ
của các máy công tác song song với nhau và điện áp trên cuộn kích từ luôn luôn
bằng nhau.
Thực hiện nối dây cân bằng hai cách:
1.Nối dây cân bằng phía một chiều
2.Nối dây cân bằng phía xoay chiều.
1.3.3.5 Phân bố tải tác dụng (P) cho các máy phát đồng bộ công tác song song
với nhau.
Phân bố tải tác dụng cho máy phát đồng bộ công tác song song được quyết
định bởi bộ điều tốc của động cơ truyền động cho máy phát.
n
n1 II
I
PI P II P
Sơ đồ 6: Phân bố tải tác dụng cho các máy phát đồng bộ công tác song song.
14
Giới thiệu phân bố tải cho trường hợp hai máy phát cùng công suất công tác
song song. Muốn phân bổ tải đều giữa hai máy, đặc tính của bộ điều tốc phải giống
hệt nhau. Trường hợp đặc tính của hai bộ điều tốc đặt khác nhau. Sự phân bố tải tác
dụng sẽ khác nhau với trị số P1 và P2.
Sau khi đóng phát đồng bộ vào công tác song song ta phải tiến hành phân bố
tải tác dụng cho chúng. Muốn vậy ta phải tác động đến bộ điều tốc tức là thay đổi
lượng nhiên liệu đưa vào máy. Thực chất khi thay đổi lượng nhiên liệu vào máy
(mà vẫn phải giữ cho f = const) ta sẽ thay đổi được gì để rồi dẫn đến thay đổi tải tác
dụng
Giả sử ta có máy phát cực ẩn qua đường cáp đưa lên thanh cái như hình sau:
a) 3~ §éng c¬
F~
S¬ ®å nguyªn lý
b)
E
XP S¬ ®å t­ ¬ng ®­ ¬ng
u
c)
i.XP

 u
S¬ ®å vect¬

I
Sơ đồ 7. nguyên lý (a), sơ đồ tương đương(b)
và sơ đồ vectơ máy phát khi nhận tải(c)
15
Từ đồ thị véc tơ ta có công suất tác dụng tính cho một pha.
P = U.Icos 
E.U
P sin  (1)
Xp
vì I.Xp.cos  = Esin 
Từ biểu thức (1) thành lập đặc tính công suất của máy phát.
Từ đồ thị trên ta thấy việc tăng công suất truyền đạt của máy phát khi E và U
không đổi chỉ được thực hiện bằng cách thay đổi góc  . Góc  biểu thị vị trí của
roto trong không gian.Đó là góc lệch giữa véctơ E và véctơ U.
P
Pmax
a b
Po
a 90o  b 180o 
Sơ đồ 8: Đặc tính công suất của máy phát cực ẩn
Như vậy trong quá trình phân tải tác dụng ta thay đổi lượng dầu vào động cơ
truyền động chính là thay đổi góc  . Khi máy phát nhận thêm tải tác dụng, điện áp
giảm, bộ điều chỉnh điện áp phải điều chỉnh điều chỉnh tăng dòng kích từ giữ cho U
= const và như vậy là E tăng lên.
E.U
Từ biểu thức: P = sin 
Xp
Nếu E tăng và  tăng (trong giới hạn từ 0  90o), dẫn đến P tăng.
16