Đồ án Thiết bị điều khiển, Kích từ máy phát đồng bộ

Giíi thiÖu kh¸I qu¸t vÒ m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé xoay chiÒu& vÒ hÖ thèng kÝch tõ . Giíi thiÖu vÒ m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé xoay chiÒu: §Þnh nghÜa: M¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu cã tèc ®é quay r«to n b»ng tèc ®é quay cña tõ tr­êng n1 gäi lµ m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. ë chÕ ®é x¸c lËp m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cã tèc ®é quay r«to lu«n kh«ng ®æi khi t¶i thay ®æi. CÊu t¹o m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé CÊu t¹o m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé gåm hai bé phËn chÝnh lµ xtato vµ r«to. Trªn h×nh I-1 vÏ mÆt c¾t ngang trôc m¸y. Trong ®ã 1: l¸ thÐp xtato; 2: d©y quÊn xtato; 3: l¸ thÐp r«to; 4: d©y quÊn r«to. 
 
  Xtato vµ Roto cña m¸y ®ång bé cùc Èn.
  R«to cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cùc tõ cùc låi. Nguyªn lÝ lµm viÖc cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé Cho dßng ®iÖn kÝch tõ (dßng ®iÖn mét chiÒu) vµo d©y quÊn kÝch tõ sÏ t¹o nªn tõ tr­êng r«to. Khi quay r«to b»ng ®éng c¬ s¬ cÊp, tõ tr­êng cña r«to sÏ c¾t d©y quÊn phÇn øng xtato vµ c¶m øng søc ®iÖn ®éng xoay chiÒu h×nh sin, cã trÞ sè hiÖu dông lµ: Eo = 4,44fW1kgq(o Trong ®ã: Eo , w1, kdq, (o : Søc ®iÖn ®éng pha, sè vßng d©y mét pha, hÖ sè d©y quÊn, tõ th«ng cùc tõ roto. NÕu r«to cã p ®«i cùc, khi r«to quay ®­îc mét vßng, s®® phÇn øng sÏ biÕn thiªn p chu kú. Do ®ã nÕu tèc ®é quay cña r«to lµ n (v/s), tÇn sè f cña s®® sÏ lµ: f = p.n D©y quÊn ba pha stato cã trôc lÖch nhau trong kh«ng gian mét gãc 1200 ®iÖn, cho nªn s®® c¸c pha lÖch nhau gãc pha 1200. Khi d©y quÊn stato nèi víi t¶i, trong c¸c sÏ cã dßng ®iÖn ba pha. Gièng nh­ ë m¸y ph¸t ®iÖn kh«ng ®ång bé, dßng ®iÖn ba pha trong ba d©y quÊn sÏ t¹o nªn tõ tr­êng quay, víi tèc ®é lµ n1 = 60f/p, ®óng b»ng tèc ®é n cña r«to. Do ®ã kiÓu m¸y ®iÖn nµy lµ m¸y ®iÖn ®ång bé. Ph¶n øng phÇn øng cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé Khi m¸y ph¸t ®iÖn lµm viÖc, tõ tr­êng cña cùc tõ r«to (0 c¾t d©y quÊn stato c¶m øng ra s®® E0 chËm pha so víi tõ th«ng (0 gãc 900 (h×nh A-4a). D©y quÊn stato nèi víi t¶i sÏ t¹o nªn dßng ®iÖn I cung cÊp cho t¶i. Dßng ®iÖn I trong d©y quÊn stato t¹o nªn tõ tr­êng quay gäi lµ tõ tr­êng phÇn øng ( quay ®ång bé víi tõ tr­êng cña cùc tõ (0. Gãc lÖch pha gi÷a E0 vµ I do tÝnh chÊt cña t¶i quyÕt ®Þnh. H×nh I-4a:pha ( = 0, E0 vµ I cïng pha. Dßng ®iÖn I sinh ra tõ tr­êng phÇn øng ( cïng pha víi dßng ®iÖn. T¸c dông cña tõ tr­êng phÇn øng ( lªn tõ tr­êng cùc tõ (0 theo h­íng ngang trôc, lµm mÐo tõ tr­êng cùc tõ, ta gäi ph¶n øng phÇn øng ngang trôc. Tr­êng hîp t¶i thuÇn c¶m(h×nh I-4b) gãc lÖch pha ( = 900, dßng ®iÖn I sinh ra tõ tr­êng phÇn øng ( ng­îc chiÒu víi (0 ta gäi lµ ph¶n øng phÇn øng däc trôc khö tõ, cã t¸c dông lµm gi¶m tõ tr­êng tæng. Tr­êng hîp t¶i thuÇn dung ( = -900(h×nhI-4c) dßng ®iÖn sinh ra tõ tr­êng phÇn øng (, cïng chiÒu víi (0, ta gäi lµ ph¶n øng phÇn øng däc trôc trî tõ, cã t¸c dông lµmg t¨ng tõ tr­êng tæng. Tr­êng hîp t¶i bÊt kú (h×nhI-4d) ta ph©n tÝch dßng ®iÖn I lµm 2 thµnh phÇn : thµnh phÇn däc trôc Id = Isin( vµ thµnh phÇn ngang trôc Iq = Icos(, dßng ®iÖn I sinh ra tõ tr­êng phÇn øng võa cã tÝnh chÊt ngang trôc võa cã tÝnh chÊt däc trôc trî tõ hoÆc khö tõ tuú theotÝnh chÊt cña t¶i cã tÝnh chÊt ®iÖn c¶m hoÆc cã tÝnh chÊt ®iÖn dung. Ph­¬ng tr×nh ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cùc låi Khi m¸y ph¸t ®iÖn lµm viÖc, tõ tr­êng cùc tõ (0 sinh ra s®® E0 ë d©y quÊn stato.Khi cã t¶i sÏ cã dßng ®iÖn I vµ ®iÖn ¸p U trªn t¶i. Ta cã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cùc låi: U = E0 - jidX­d - jidXt - jidX­q - jiqXt = E0 – jid(X­d + Xt) – jiq(X­q + Xt) Gäi X­q + Xt = Xd lµ ®iÖn kh¸ng ®ång bé däc trôc. X­q + Xt = Xq lµ ®iÖn kh¸ng ®ång bé ngang trôc, ta cã thÓ viÕt gän l¹i; U = E0 – jidXd - jiqXq Ph­¬ng tr×nh trªn t­¬ng øng víi ®å thÞ vect¬ ta thÊy gãc lÖch pha ®iÖn ¸p U vµ s®® E0 do t¶i quyÕt ®Þnh. §èi víi m¸yph¸t cùc Èn lµ tr­êng hîp ®Æc biÖt cña cùc låi X®b = X® = Xq gäi lµ ®iÖn kh¸ng ®ång bé X®b th× ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cùc Èn cã thÓ viÕt : U = E0 – jiX®b ®å thÞ vect¬ cña nã ®­îc vÏ trªn h×nh I-5b C«ng suÊt ®iÖn tõ cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cùc låi C«ng suÊt t¸c dông: C«ng suÊt t¸c dông cña m¸y ph¸t cung cÊp cho t¶i lµ: P = mUIcos( Trong ®ã m lµ sè pha.Theo ®å thÞ vect¬ h×nh I-5a ta thÊy ( = ( - ( do ®ã: Ta cã c«ng suÊt ®iÖn tõ: P®t =
Ta nhËn thÊy c«ng suÊt ®iÖn tõ gåm hai thµnh phÇn(h×nhI-6) Thµnh phÇn
do dßng ®iÖnkÝch tõ t¹o nªn tû lÖ víi sin
. §ã lµ thµnh phÇn c«ng suÊt chñ yÕu cña m¸y ph¸t. Thµnh phÇn
, kh«ng phô thuéc vµo dßng ®iÖnkÝch tõ vµ chØ xuÊt hiÖn khi xd ( xq. §èi víi m¸y cùc Èn Xd = Xq thµnh phÇn nµy b»ng kh«ng. §Æc tÝnh P = f(() gäi lµ ®Æc tÝnh gãc c«ng suÊt. M¸y ph¸t lµm viÖc æn ®Þnh khi ( trong kho¶ng 0 ( (/2; khi t¶i ®Þnh møc ( = 200 ( 300. §iÒu chØnh c«ng suÊt t¸c dông. M¸y ph¸t biÕn ®æi c¬ n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng, v× thÕ muèn ®iÒu chØnh c«ng suÊt t¸c dông P, ph¶i ®iÒu chØnh c«ng suÊt c¬ cña ®éng c¬ s¬ cÊp (tuabin h¬i hoÆc tuabin khÝ v.v...) C«ng suÊt ph¶n kh¸ng: C«ng suÊt ph¶n kh¸ng cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé lµ: Q = mUIsin( = mUIsin((-() = m[UIsin( cos( - UIcos(sin(]
§iÒu chØnh c«ng suÊt ph¶n kh¸ng. Tõ biÓu thøc c«ng su¸t ph¶n kh¸ng trªn
Gi÷ U, f vµ P kh«ng ®æi th×: Khi Q < 0 (E0cos( <U) nghÜa lµ m¸y kh«ng ph¸t c«ng suÊt ph¶n kh¸ng, mµ nhËn c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cña l­íi ®iÖn ®Ó t¹o ra tõ tr­êng, m¸y thiÕu kÝch tõ. Khi Q > 0 (E0cos( > U) m¸y ph¸t c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cung cÊp cho t¶i, m¸y qu¸ kÝch tõ. Nh×n c¸c c«ng thøc trªn, muèn thay ®æi c«ng suÊt ph¶n kh¸ng, ph¶i thay ®æi E0, nghÜa lµ ph¶i ®iÒu chØnh dßng ®iÖn kÝch tõ. Muèn t¨ng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ph¸t ra, ph¶i t¨ng kÝch tõ. §Æc tÝnh ngoµi vµ ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh §Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé: §Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t ®iÖn lµ quan hÖ ®iÖn ¸p U trªn cùc m¸y ph¸t vµ dßng ®iÖn t¶i I khi tÝnh chÊt t¶i kh«ng ®æi (cos(t = const) tÇn sè vµ dßng ®iÖn kÝch tõ m¸y ph¸t kh«ng ®æi. Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p (I-5), ta vÏ ®å thÞ vect¬ m¸y ph¸t øng víi c¸c lo¹i t¶i kh¸c nhau. Ta thÊy khi t¶i t¨ng, ®èi víi t¶i c¶m vµ trë, ®iÖn ¸p gi¶m (t¶i c¶m ®iÖn ¸p gi¶m nhiÒu h¬n), ®èi víi t¶i dung ®iÖn ¸p t¨ng. B»ng ®å thÞ ta thÊy r»ng, ®iÖn ¸p m¸y ph¸t phô thuéc vµo dßng ®iÖn vµ ®Æc tÝnh cña t¶i. H×nh I-7a vÏ ®Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t khi Ikt = const(E0 = const) vµ cos(t kh«ng ®æi, øng víi c¸c hÖ sè c«ng suÊt kh¸c nhau. Khi t¶i cã tÝnh chÊt c¶m ph¶n øng phÇn øng däc trôc khö tõ lµm tõ th«ng tæng gi¶m do ®ã ®Æc tÝnh ngoµi dèc h¬n t¶i ®iÖn trë. §Ó gi÷ ®iÖn ¸p U b»ng ®Þnh møc, ph¶i thay ®æi E0 b»ng c¸ch ®iÒu chØnh dßng ®iÖn kÝch tõ vÏ trªn h×nh I-7b. §é biÕn thiªn ®iÖn ¸p ®Çu cùc cña m¸y ph¸t khi lµm viÖc ®Þnh møc so víi khi kh«ng t¶i x¸c ®Þnh nh­ sau:
§é biÕn thiªn ®iÖn ¸p (U( cña m¸y ph¸t ®ång bé cã thÓ ®¹t ®Õn vµi chôc phÇn tr¨m v× ®iÖn kh¸ng ®ång bé X®b kh¸ lín. §Æc tÝnh ®iÒu chØnh: §Æc tÝnh ®iÒu chØnh lµ quan hÖ gi÷a dßng ®iÖn kÝch tõ vµ dßng ®iÖn t¶i khi: U = U®m = const. H×nh I-7.c vÏ ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña m¸y ph¸t ®ång bé víi c¸c hÖ sè c«ng suÊt kh¸c nhau. §­êng ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh cho biÕt h­íng ®iÒu chØnh ikt cña m¸y ph¸t ®ång bé ®Ó gi÷ ®iÖn ¸p U ë ®Çu m¸y ph¸t kh«ng ®æi. VÝ dô, t¶i c¶m khi I t¨ng, t¸c dông khö tõ cña ph¶n øng phÇn øng t¨ng dÉn ®Õn U gi¶m. §Ó gi÷ cho U = const ph¶i t¨ng ikt . Ng­îc l¹i ë t¶i cã tÝnh dung khi I t¨ng muèn U = const ta ph¶i gi¶m ikt . §Æc tÝnh t¶i §Æc tÝnh t¶i lµ quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t víi dßng kÝch tõ khi dßng ®iÖn t¶i I = const, cos(=const vµ f = f®m . Víi c¸c trÞ sè kh¸c nhau cña I vµ cos( sÏ cã c¸c ®Æc tÝnh t¶i kh¸c nhau. H×nh I-8 tr×nh bµy c¸c ®­êng ®Æc tÝnh t¶i øng víi c¸c gi¸ trÞ cña dßng t¶i I cña m¸y ph¸t ®ång bé. HÖ thèng kÝch tõ m¸y ph¸t Kh¸i niÖm chung HÖ thèng kÝch tõ cã nhiÖm vô cung cÊp dßng ®iÖn mét chiÒu cho c¸c cuén d©y kÝch thÝch cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. Dßng kÝch thÝch ph¶i cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh ®­îc ®Ó ®¶m b¶o chÕ ®é lµm viÖc lu«n æn ®Þnh, kinh tÕ cña m¸y ph¸t ®iÖn víi chÊt l­îng ®iÖn n¨ng cao. Trong chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng, ®iÒu chØnh dßng kÝch tõ sÏ ®iÒu chØnh ®­îc ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t, vµ thay ®æi l­îng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ph¸t vµo l­íi. §å thÞ ®iÖn ¸p kÝch thÝch c­ìng bøc t¨ng theo quy luËt hµm mò. Uf(t) = Ufgh – ( Ufgh - Uf®m ) e-t/ Te ( * ) Te – h»ng sè thêi gian cña hÖ thèng kÝch tõ Ufgh - ®iÖn ¸p kÝch tõ giíi h¹n Uf®m - ®iÖn ¸p kÝch tõ ®Þnh møc Ph©n lo¹i vµ ®Æc ®iÓm cña mét sè hÖ thèng kÝch tõ HÖ thèng kÝch tõ cã thÓ chia lµm bèn 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 ®iÖn xoay chiÒu vµ chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. HÖ thèng kÝch tõ dïng b¨m ¸p mét chiÒu. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu Trªn h×nh II-2 lµ s¬ ®å hÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu. §Ó ®iÒu chØnh dßng kÝch tõ If ta thay ®æi dßng ®iÖn kÝch tõ trong c¸c cuén kÝch tõ cña m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu. BiÕn trë R®c cho phÐp ®iÒu chØnh b»ng tay dßng ®iÖn trong cuén d©y kÝch tõ chÝnh C1. Khi T§K lµm viÖc, dßng ®iÖn trong c¸c cuén C2 vµ C3 ®­îc ®iÒu chØnh tù ®éng. VÝ dô dßng trong cuén C2 ®iÒu chØnh øng víi chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng, C2 øng víi chÕ ®é kÝch thÝch c­ìng bøc. N¨ng l­îng vµ tÝn hiÖu ®iÒu chØnh cung cÊp cho T§K ®­îc nhËn qua m¸y biÕn dßng vµ m¸y biÕn ¸p phÝa ®Çu cùc cña m¸y ph¸t ( cã khi lÊy tõ phÝa cao ¸p cña m¸y biÕn ¸p t¨ng ). M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu trong hÖ thèng kÝch tõ còng cã thÓ ®­îc kÝch thÝch ®éc lËp. Khi ®ã mét m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu nhá h¬n sÏ ®­îc dïng lµm nguån cung cÊp cho cuén d©y C1 cña m¸y ph¸t ®iÖn kÝch thÝch chÝnh. C¸c ph­¬ng ph¸p quay m¸y ®iÖn kÝch thÝch. Nh­îc ®iÓm chung cña hÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu lµ h»ng sè thêi gian Te lín ( 0,3 ( 0,6 ) gi©y vµ giíi h¹n ®iÒu chØnh kh«ng cao (Ufgh ( 2 ). Ngoµi ra do cã vµnh gãp vµ chæi ®iÖn c«ng suÊt chÕ t¹o bÞ h¹n chÕ. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu vµ chØnh l­u HÖ thèng kÝch tõ d¹ng nµy cã hai lo¹i chÝnh: Dïng m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu tÇn sè cao vµ m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu kh«ng vµnh tr­ît. ¦u ®iÓm cña m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu tÇn sè cao, dßng ®iÖn mét chiÒu sau khi qua chØnh l­u cã chÊt l­îng æn ®Þnh ( ®é b»ng ph¼ng cao ), thiÕt bÞ cã kÝch th­íc nhá, ngoµi ra thiÕt bÞ lµm viÖc víi tÇn sè cao cßn cã kh¶ n¨ng chèng ®­îc nhiÔu c«ng nghiÖp. M¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu tÇn sè cao ®­îc chÕ t¹o theo kiÓu c¶m øng. R«to kh«ng cã cuén d©y, cuén d©y kÝch tõ ®­îc ®Æt ë phÇn tÜnh. Tõ th«ng thay ®æi lµ nhê vµo kÕt cÊu r¨ng r·nh cña r«to. Dßng ®iÖn nµy qua bé chØnh l­u ba pha CL biÕn ®æi thµnh dßng mét chiÒu. H×nh II-4 tr×nh bµy s¬ ®å hÖ thèng kÝch tõ dïng MP§ xoay chiÒu tÇn sè cao vµ chØnh l­u. Cuén kÝch tõ chÝnh C1 cña m¸y ph¸t ®iÖn ( MP§ ) kÝch thÝch th­êng ®­îc nèi nèi tiÕp víi cuén kÝch tõ Cf cña m¸y ph¸t. C¸c cuén kÝch tõ phô C2 vµ C3 ®­îc cung cÊp vµ ®iÒu chØnh qua thiÕt bÞ T§K víi n¨ng l­îng nhËn tõ phÝa ®Çu cùc cña MP§ ®ång bé ( qua BU vµ BI ). Dïng MP§ xoay chiÒu tÇn sè cao lµm nguån cung cÊp, hÖ thèng kÝch tõ cã thÓ chÕ t¹o ®­îc víi c«ng suÊt kh¸ lín vµ cã thÓ ¸p dông cho c¸c m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cã c«ng suÊt tõ (100–300)MW. H¹n chÕ c«ng suÊt trong tr­êng hîp nµy chñ yÕu vÉn do tån t¹i vµnh tr­ît vµ chæi ®iÖn. Ph­¬ng ph¸p nµy cßn cã nh­îc ®iÓm lµ h»ng sè thêi gian Te lín vµ Ufgh nhá. §Ó t¨ng c«ng suÊt kÝch tõ lªn n÷a ng­êi ta ¸p dông hÖ thèng kÝch tõ kh«ng vµnh tr­ît ( h×nh B-5 ) HÖ thèng kÝch tõ nµy sö dông mét m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu ba pha quay cïng trôc víi MP§ chÝnh lµm nguån cung cÊp cho cuén kÝch tõ MP§ ®ång bé chÝnh. M¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu cho kÝch tõ cã kÕt cÊu ®Æc biÖt: Cuén kÝch tõ ®Æt ë stato, cuén d©y ba pha ®Æt ë r«to. Dßng ®iÖn xoay chiÒu ba pha t¹o ra tõ m¸y tõ m¸y kÝch thÝch ®­îc chØnh l­u thµnh dßng ®iÖn mét chiÒu nhê mét bé chØnh l­u c«ng suÊt lín g¾n ngay trªn trôc r«to cña m¸y ph¸t. Nhê vËy, cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t ®iÖn chÝnh Cf nhËn ngay ®­îc dßng ®iÖn mét chiÒu mµ kh«ng cÇn vµnh tr­ît vµ chæi ®iÖn. §Ó cung cÊp nguån cho cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch thÝch (®Æt ë stato ) dïng bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn, nguån cung cÊp cho nã cã thÓ lÊy tõ mét m¸y ph¸t xoay chiÒu tÇn sè cao hoÆc tõ nguån ®iÖn xoay chiÒu bÊt kú. T¸c ®éng cña T§K ®­îc ®Æt trùc tiÕp vµo cöa ®iÒu khiÓn cña bé chØnh l­u cÊp ®iÖn cho cuén kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch, lµm thay ®æi dßng kÝch tõ t­¬ng øng víi môc ®Ých ®iÒu chØnh. ¦u ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ n©ng cao ®­îc c«ng suÊt chÕ t¹o cña m¸y ph¸t ®iÖn v× kh«ng cã chæi than vµ vµnh tr­ît. H»ng sè thêi gian kÝch tõ Te kh¸ nhá kho¶ng ( 0,1 – 0,15 )gi©y, ®iÖn ¸p kÝch thÝch giíi h¹n Ufgh t­¬ng ®èi lín. Tuy nhiªn nã cã nh­îc ®iÓm lµ chÕ t¹o phøc t¹p, gi¸ thµnh thiÕt bÞ ®¾t tiÒn. HÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn Gi¶m thËt nhá h»ng sè thêi gian kÝch tõ Te lµ mét yªu cÇu kü thuËt quan träng xuÊt ph¸t tõ c¸c bµi to¸n ®¶m b¶o ®é æn ®Þnh vµ chÊt l­îng ®iÖn n¨ng. H»ng sè thêi gian Te ®­îc x¸c ®Þnh lµ h»ng sè thêi gian t­¬ng ®­¬ng cña tÊt c¶ c¸c kh©u, tõ tÝn hiÖu ra cña bé T§K ®Õn ®iÖn ¸p kÝch tõ Uf cña m¸y ph¸t ®ång bé vµ th­êng kh¸ lín do qu¸n tÝnh ®iÖn tõ cña m¸y ph¸t kÝch thÝch. VËy nÕu t¸c ®éng cña T§K trùc tiÕp vµo ®iÖn ¸p kÝch thÝch Uf th× h»ng sè thêi gian Te sÏ gi¶m ®i nhiÒu. VÊn ®Ò nµy ®· ®­îc gi¶i quyÕt khi xuÊt hiÖn c¸c lo¹i chØnh l­u ®iÒu khiÓn c«ng suÊt lín (sö dông Tiristor ... ). S¬ ®å hÖ thèng kÝch tõ trë nªn ®¬n gi¶n ( h×nh II-6 ). N¨ng l­îng cung cÊp cho cuén d©y kÝch thÝch cña MP§ ®ång bé cã thÓ tõ mét m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu ba pha cã tÇn sè tõ ( 50 – 500 )Hz, hoÆc tõ l­íi ®iÖn tõ dïng. Trong m¹ch chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn, ngoµi ®iÒu kiÖn thuËn chiÒu cña ®iÖn ¸p trªn chØnh l­u, cßn ®ßi hái mét tÝn hiÖu ( dßng ®iÖn ) xuÊt hiÖn trªn cùc ®iÒu khiÓn th× bé chØnh l­u míi cho phÐp dÉn dßng qua. Th­êng ng­êi ta ¸p dông chØnh l­u ba pha cã ®iÒu khiÓn trong c¸c hÖ thèng kÝch tõ. Tèc ®é ®iÒu chØnh cña hÖ thèng nµy nhanh, cã thÓ coi nh­ t¸c ®éng tøc thêi vµo ®iÖn ¸p kÝch tõ. H»ng sè thêi gian chØ cßn kho¶ng Te = ( 0,02 – 0,04 )gi©y. Do ­u ®iÓm cña hÖ thèng kÝch tõ lo¹i nµy, chóng ®­îc ¸p dông trong c¸c m¸y ph¸t ®iÖn c«ng suÊt trung b×nh vµ lín cã yªu cÇu cao vÒ chÊt l­îng ®iÒu chØnh. HÖ thèng kÝch tõ dïng b¨m ¸p mét chiÒu cã ®iÒu khiÓn. S¬ ®å m¹ch ®éng lùc b¨m ¸p mét chiÒu. S¬ ®å ®iÖn ¸p & dßng ®iÖn ®èi víi t¶i c¶m. Khi ta ®iÒu chØnh gãc më cña Tiristor (() vµ ®iÒu chØnh thêi gian chu kú (T) ta ®iÖn chØnh ®­îc dßng ®iÖn t¶I thay ®æi .dßng ®iÖn nµy cung cÊp cho cuén kÝch tõ cña m¸y ph¸t. §Æc ®iÓm: §©y lµ s¬ ®å míi cã ®é ®iÒu chØnh cña hÖ thèng nhanh, cã thÓ coi nh­ t¸c ®éng tøc thêi vµo ®iÖn ¸p kÝch tõ. Bªn c¹nh ®ã sù ®ãng c¸c van cßn gÆp nhiÒu khã kh¨n, m¹ch ®iÒu khiÓn phøc t¹p do ®ã ch­a ®­îc sö dông réng r·i. Chän s¬ ®å m¹ch ®éng lùc. I. Tãm t¾t lý thuyÕt §Ó cÊp nguån cho t¶i mét chiÒu, chóng ta cÇn thiÕt kÕ c¸c bé chØnh l­u víi môc ®Ých biÕn ®æi n¨ng l­îng ®iÖn xoay chiÒu thµnh mét chiÒu. C¸c lo¹i bé biÕn ®æi nµy cã thÓ lµ chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn vµ chØnh l­u cã ®iªu khiÓn. Víi môc ®Ých gi¶m c«ng suÊt v« c«ng, ng­êi ta th­êng m¾c song song ng­îc víi t¶i mét chiÒu mét diod (lo¹i s¬ ®å nµy ®­îc gäi lµ s¬ ®å cã diod ng­îc). Trong c¸c s¬ ®å chØnh l­u cã diod ng­îc, khi cã vµ kh«ng cã ®iÒu khiÓn, n¨ng l­îng ®­îc truyÒn tõ phÝa l­íi xoay chiÒu sang mét chiÒu, nghÜa lµ c¸c lo¹i chØnh l­u ®ã chØ cã thÓ lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u. C¸c bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn, kh«ng diod ng­îc cã thÓ trao ®æi n¨ng l­îng theo c¶ hai chiÒu. Khi n¨ng l­îng truyÒn tõ l­íi xoay chiÒu sang t¶i mét chiÒu, bé nguån lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u, khi n¨ng l­îng truyÒn theo chiÒu ng­îc l¹i (nghÜa lµ tõ phÝa t¶i mét chiÒu vÒ l­íi xoay chiÒu) th× bé nguån lµm viÖc ë chÕ ®é nghÞch l­u tr¶ n¨ng l­îng vÒ l­íi. Theo d¹ng nguån cÊp xoay chiÒu, chóng ta cã thÓ chia chØnh l­u thµnh mét hay ba pha. C¸c th«ng sè quan träng cña s¬ ®å chØnh l­u lµ: dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i; dßng ®iÖn ch¹y trong cuén d©y thø cÊp biÕn ¸p; sè lÇn ®Ëp m¹ch trong mét chu kú. Dßng ®iÖn ch¹y trong cuén d©y thø cÊp biÕn ¸p cã thÓ lµ mét chiÒu, hay xoay chiÒu, cã thÓ ph©n lo¹i thµnh s¬ ®å cã dßng ®iÖn biÕn ¸p mét chiÒu hay xoay chiÒu. Sè lÇn ®Ëp m¹ch trong mét chu kú lµ quan hÖ cña tÇn sè sãng hµi thÊp nhÊt cña ®iÖn ¸p chØnh l­u víi tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu. Theo h×nh d¹ng c¸c s¬ ®å chØnh l­u, víi chuyÓn m¹ch tù nhiªn, nguån cÊp xoay chiÒu ba pha chóng ta cã thÓ ph©n lo¹i chØnh l­u thµnh c¸c lo¹i s¬ ®å sau: II-1. ChØnh l­u tia ba pha. H×nh 2.1. ChØnh l­u tia ba pha a. S¬ ®å ®éng lùc; b- Gi¶n ®å ®­êng c¸c cong khi gãc më ( = 300 t¶i thuÇn trë; c- Gi¶n ®å c¸c ®­êng cong khi ( = 600 c¸c ®­êng cong gi¸n ®o¹n. Khi biÕn ¸p cã ba pha ®Êu sao ( ( ) trªn mçi pha A,B,C ta nèi mét van nh­ h×nh 2.1.a, c¸c catod ®Êu chung cho ta ®iÖn ¸p d­¬ng cña t¶i, cßn trung tÝnh biÕn ¸p sÏ lµ ®iÖn ¸p ©m. Ba pha ®iÖn ¸p A,B,C dÞch pha nhau mét gãc lµ 1200 theo c¸c ®­êng cong ®iÖn ¸p pha, chóng ta cã ®iÖn ¸p cña mét pha d­¬ng h¬n ®iÖn ¸p cña hai pha kia trong kho¶ng thêi gian 1/3 chu kú ( 1200 ). Tõ ®ã thÊy r»ng, t¹i mçi thêi ®iÓm chØ cã ®iÖn ¸p cña mét pha d­¬ng h¬n hai pha kia. Nguyªn t¾c më th«ng vµ ®iÒu khiÓn c¸c van ë ®©y lµ khi anod cña van nµo d­¬ng h¬n van ®ã míi ®­îc kÝch më. Thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p cña hai pha giao nhau ®­îc coi lµ gãc th«ng tù nhiªn cña c¸c van b¸n dÉn. C¸c Tiristior chØ ®­îc më th«ng víi gãc më nhá nhÊt t¹i thêi ®iÓm gãc th«ng tù nhiªn (nh­ vËy trong chØnh l­u ba pha, gãc më nhá nhÊt ( = 00 sÏ dÞch pha so víi ®iÖn ¸p pha mét gãc lµ 300). Theo h×nh 2.1.b,c t¹i mçi thêi ®iÓm nµo ®ã chØ cã mét van dÉn, nh­ vËy mçi van dÉn th«ng trong 1/3 chu kú nÕu ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc ( ®­êng cong I1,I1,I3 trªn h×nh 2.1.b), cßn nÕu ®iÖn ¸p t¶i gi¸n ®o¹n th× thêi gian dÉn th«ng cña c¸c van nhá h¬n. Tuy nhiªn trong c¶ hai tr­êng hîp dßng ®iÖn trung b×nh cña c¸c van ®Òu b»ng 1/3.Id. Trong kho¶ng thêi gian van dÉn dßng ®iÖn cña van b»ng dßng ®iÖn t¶i, trong kho¶ng van kho¸ dßng ®iÖn van b»ng 0. §iÖn ¸p cña van ph¶i chÞu b»ng ®iÖn d©y gi÷a pha cã van kho¸ víi pha cã van ®ang dÉn. VÝ dô trong kho¶ng t2 ( t3 van T1 kho¸ cßn T2 dÉn do ®ã van T1 ph¶i chÞu mét ®iÖn ¸p d©y UAB, ®Õn kho¶ng t3 ( t4 c¸c van T1, T2 kho¸, cßn T3 dÉn lóc nµy T1 chÞu ®iÖn ¸p d©y UAC. Khi t¶i thuÇn trë dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc hay gi¸n ®o¹n phô thuéc gãc më cña c¸c Tiristor. NÕu gãc më Tiristor nhá h¬n ( ( 300, c¸c ®­êng cong Ud, Id liªn tôc, khi gãc më lín h¬n ( ( 300 ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn t¶i gi¸n ®o¹n (®­êng cong Ud, Id trªn h×nh 2.1c). H×nh 2.2. §­êng cong ®iÖn ¸p t¶i khi gãc më ( ( 600  víi a.- t¶i thuÇn trë, b.- t¶i ®iÖn c¶m. Khi t¶i ®iÖn c¶m (nhÊt lµ ®iÖn c¶m lín) dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p t¶i lµ c¸c ®­êng cong liªn tôc, nhê n¨ng l­îng dù tr÷ trong cuén d©y ®ñ lín ®Ó duy tr× dßng ®iÖn khi ®iÖn ¸p ®æi dÊu, nh­ ®­êng cong nÐt ®Ëm trªn h×nh 2.2b (t­¬ng tù nh­ vËy lµ ®­êng cong Ud trªn h×nh 2.1b). Trªn h×nh 2.2 m« t¶ mét vÝ dô so s¸nh c¸c ®­êng cong ®iÖn ¸p t¶i khi gãc më ( ( 600 t¶i thuÇn trë h×nh 2.2 a vµ t¶i ®iÖn c¶m h×nh 2.2 b TrÞ sè ®iÖn ¸p trung b×nh cña t¶i sÏ ®­îc tÝnh nh­ c«ng thøc (2-1) nÕu ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc, khi ®iÖn ¸p t¶i gi¸n ®o¹n (®iÓn h×nh khi t¶i thuÇn trë vµ gãc më lín) ®iÖn ¸p t¶i ®­îc tÝnh: Trong ®ã; Udo = 1,17.U2f. ®iÖn ¸p chØnh l­u tia ba pha khi van la diod. U2f - ®iÖn ¸p pha thø cÊp biÕn ¸p. So víi chØnh l­u mét pha, th× chØnh l­u tia ba pha cã chÊt l­îng ®iÖn mét chiÒu tèt h¬n, biªn ®é ®iÖn ¸p ®Ëp m¹ch thÊp h¬n, thµnh phÇn sãng hµi bËc cao bÐ h¬n, viÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn trong tr­êng hîp nµy còng t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n. Víi viÖc dßng ®iÖn mçi cuén d©y thø cÊp lµ dßng mét chiÒu, nhê cã biÕn ¸p ba pha ba trô mµ tõ th«ng lâi thÐp biÕn ¸p lµ tõ th«ng xoay chiÒu kh«ng ®èi xøng lµm cho c«ng suÊt biÕn ¸p ph¶i lín , nÕu ë ®©y biÕn ¸p ®­îc chÕ t¹o tõ ba biÕn ¸p mét pha th× c«ng suÊt c¸c biÕn ¸p cßn lín h¬n nhiÒu. Khi chÕ t¹o biÕn ¸p ®éng lùc c¸c cuén d©y thø cÊp ph¶i ®­îc ®Êu ( víi d©y trung tÝnh ph¶i lín h¬n d©y pha v× theo s¬ ®å h×nh 2.1. a th× d©y trung tÝnh chÞu dßng ®iÖn t¶i. II-2. ChØnh l­u tia s¸u pha H×nh 2.3. ChØnh l­u tia s¸u pha.