Vận hành máy phát điện và hệ thống kích từ
II. HỆ THỐNG KÍCH TỪ:
II.1. Tổng quan về hệ thống kích từ kích từ:
Chức năng cơ bản của hệ thống kích từ là cung cấp dòng một chiều cho cuộn
dây tạo từ trường của máy điện đồng bộ. Hệ thống kích từ được điều khiển và bảo vệ
nhằm đáp ứng công suất kháng cho hệ thống thông qua sự điều khiền điện áp bằng
cách điều khiển dòng điện kích từ.
Chức năng điều khiển bao gồm việc điều chỉnh đỉnh điện áp, phân bố công suất
và nâng cao tính ổn định của hệ thống. Chức năng bảo vệ là đảm bảo được khả năng
của máy điện đồng bộ, hệ thống kích từ và các thiết bị khác không được vượt quá
giới hạn.
Các yêu cầu cơ bản là hệ thống kích từ cung cấp và tự động điều chỉnh dòng
điện kích từ của máy phát đồng bộ để duy trì điện áp ở đầu ra cũng như giữ cho điện
áp ở đầu ra biến thiên trong phạm vi cho phép liên tục của máy phát, các yêu cầu này
có thể hình dung từ đường cong điện áp V. Của máy phát được trình bày ở hình 16.
Độ dự trữ cho tốc độ biến thiên của nhiệt độ, hư hỏng thiết bị, quá tải định mức
khẩn cấp … cần được quản lý công suất định mức trong trạng thái xác lập. Thông
thường định mức bộ kích từ biến thiên từ 2 ÷ 3,5 kW/MVA của định mức máy phát.
Hình 16: Đường cong điện áp V và đường cong kết hợp cho máy phát tại điện áp
phần ứng định mức
Ngoài ra hệ thống kích từ phải có khả năng đáp ứng quá độ bất ổn định với từ
trường cưỡng bức phù hợp với máy phát một cách tức thời và ngắn hạn. Khả năng
của máy phát ở đây xem như được giới hạn bởi các yếu tố;
+ Hư cách điện rotor ở điện áp kích từ cao.
+ Nóng rotor ở dòng điện kích từ lớn.
+ Nóng stator do dòng tải ở phần ứng lớn.
+ Lõi bị nóng trong suốt thời gian vận hành ở trạng thái thiếu kích từ và sinh
nhiệt do mật độ từ trường cao (V/Hz).
+ Giới hạn nhiệt có đặc tính độc lập với thời gian.
+ Khả năng quá tải ngắn hạn của máy phát có thể mở rộng từ 15÷ 60 giây.
Để đảm bảo sự sử dụng tốt nhất của hệ thống kích từ, cần biết đầy đủ khả năng

chia thành ba loại cơ bản dựa trên nguồn năng lượng mà bộ kích từ sử dụng
- Hệ thống kích từ một chiều
- Hệ thống kích từ xoay chiều
- Hệ thống kích từ tĩnh
II.2.1. Hệ thống kích từ một chiều:
Hệ thống kích từ loại này sử dụng máy phát một chiều như nguồn năng
lượng kích từ và cung cấp dòng điện cho rotor của máy điện đồng bộ thông qua các
vòng trượt. Máy kích từ một chiều có thể được kéo nhờ một động cơ hoặc gắn vào
trục của máy phát. Nó có thể tự kích hoặc là kích từ độc lập. Khi kích từ độc lập, từ
trường của bộ kích từ được cấp bởi bộ kích từ nhỏ như là máy phát nam châm vĩnh
cửu.
Hệ thống kích từ một chiều là hệ thống ra đời sớm nhất, khoảng từ năm
1920÷1960.Vào giữa những năm 1960 chúng không còn được lưu tâm nữa mà được
thay thế bằng các máy kích từ xoay chiều.
Hệ thống kích từ một chiều dần dần biến mất, một số hệ thống cũ hơn được
thay thế bằng một hệ thống kích từ xoay chiều hoặc hệ thống kích từ tĩnh. Trong vài
trường hợp các bộ điều chỉnh điện áp độc lập được thay thế bằng các bộ điều chỉnh
điện tử bán dẫn hiện đại vài hệ thống kích từ một chiều vẫn còn hoạt động do chúng
vẫn còn yêu cầu làm mô hình trong nghiên cứu tính ổn định.
Trang 2
Vận hành máy phát điện và hệ thống kích từ
Hình 18 biểu diễn sơ đồ đơn giản của hệ thống kích từ một chiều với bộ
khuyếch đại quay. Nó bao gồm một máy điện một chiều (DC) để cung cấp dòng một
chiều cho cuộn kích từ máy phát chính thông qua các vòng trượt. Từ trường máy kích
từ DC được điều khiển bằng bộ khuyếch đại điện cơ. Bộ khuyếch đại điện cơ là một
loại đặc biệt của bộ khuyếch đại quay. Nó là một máy điện một chiều chế tạo đặc biệt
có 02 bộ chổi than đặt lệch nhau góc 90
o
về điện, một bộ trên trục d, một bộ trên trục
q.

có điều khiển từ trường được trình bày như hình 19. Bộ kích từ máy phát xoay chiều
được kéo nhờ rotor của máy phát chính.
Bộ kích từ này là tự kích với năng lượng từ trường được cung cấp từ bộ chỉnh
lưu Thyristor. Năng lượng của bộ điều chỉnh điện áp được cấp từ điện áp ngõ ra của
bộ kích từ.
Hình 19: Hệ thống kích từ chỉnh lưu máy phát xoay chiều
Khi bộ chỉnh lưu điều khiển Thyristor được sử dụng, bộ điều chỉnh điều khiển
trực tiếp điện áp một chiều ở ngõ ra của bộ kích từ
Hình 20 biểu diễn sơ đồ hệ thống chỉnh lưu có điều khiển. Bộ chỉnh lưu điện
áp điều khiển việc dẫn của thyristo. Bộ kích từ của máy phát xoay chiều là tự kích và
sử dụng điều chỉnh điện áp tĩnh độc lập để duy trì điện áp ở ngõ ra. Vì thyristor điều
khiển trực tiếp ngõ xuất của bộ kích từ nên hệ thống này cho đáp ứng nhanh ngay từ
đầu (thời gian đáp ứng nhỏ).
Ở hình 19 và hình 20 có hai kiểu điều chỉnh độc lập:
Trang 5
Vận hành máy phát điện và hệ thống kích từ
1. Bộ điều chỉnh xoay chiều tự động duy trì điện áp đầu cực máy phát chính
bằng với điện áp ra mong muốn
2. Bộ điều chỉnh một chiều duy trì điện áp kích từ máy phát là hằng số, xác
định bằng điện áp chuẩn DC.
Bộ điều chỉnh một chiều hay bộ điều khiển bằng tay được sử dụng khi bộ
điều khiển xoay chiều bị hư hoặc cần ngưng làm việc. Tín hiệu đưa vào bộ điều
khiển xoay chiều có ngõ bị nhập phụ nhằm cung cấp thêm chức năng điều khiển và
bảo vệ
Hình 20: Hệ thống kích từ chỉnh lưu
có điều khiển được cung cấp bởi máy phát xoay chiều
b. Hệ thống chỉnh lưu quay: (Hệ thống chỉnh lưu không chổi than)
Với bộ chỉnh lưu quay, các vòng trượt và chổi than được bỏ, điện áp một
chiều ở ngõ ra trực tiếp cấp cho từ trường máy phát chính như ở hình 21
Phần ứng của bộ kích từ xoay chiều và chỉnh lưu diode quay kích từ máy phát

có điều khiển (xem hình 22)
Hệ thống này vốn có hằng số thời gian rất nhỏ. Điện áp ra cực đại của bộ kích
từ phụ thuộc vào điện áp xoay chiều ở ngõ vào.Vì vậy khi hệ thống bị sự sẽ làm cho
điện áp đầu cực máy phát giảm xuống và dẫn đến điện áp cực đại ở đầu ra bộ kích từ
có thể bị giảm theo hạn chế này của hệ thống kích từ, được bù bằng đáp ứng gần như
tức thời và khả năng thay đổi từ trường cưỡng bức cao. Ngoài ra nó có thể bảo trì dễ
dàng và rẻ tiền. Đối với máy phát nối với hệ thống công suất lớn thì hệ thống kích từ
làm việc tốt.
Hình 22: Hệ thống kích từ chỉnh lưu có điều khiển nguồn áp
b. Hệ thống chỉnh lưu nguồn kết hợp:
Trang 7
Vận hành máy phát điện và hệ thống kích từ
Năng lượng của hệ thống kích từ trong trường hợp này được tạo ra nhờ sử
dụng dòng điện cũng điện áp của máy phát chính.điều này có thể thực hiện được nhờ
máy biến áp công suất và máy biến dòng bảo hòa như hình 23. Hoặc là nguồn áp và
nguồn dòng được kết hợp nhờ sử dụng một máy biến áp kích từ đơn, như là máy biến
dòng bảo hòa.
Bộ điều chỉnh điều khiển ngõ ra của bộ kích từ thông qua việc điều khiển sự
bảo hòa của máy biến áp kích từ. Khi máy phát không cung cấp cho tải thì dòng ứng
bằng không còn nguồn áp cung cấp toàn bộ cho năng lượng kích từ.Ở chế độ có tải
một phần năng lượng kích từ được lấy từ dòng điện của máy phát. Khi hệ thống bị
sự cố với sự cố nặng sẽ làm giảm điện áp đầu cực máy phát,lúc đó dòng điện sự cố
sẽ cung cấp năng lượng từ trường cưỡng bức cao.
Hình 23: Hệ thống kích từ chỉnh lưu nguồn kết hợp
c. Hệ thống từ chỉnh lưu điều khiển kết hợp:
Hệ thống này sử dụng chỉnh lưu điều khiển trong mạch suất của bộ kích từ và
sự kết hợp của nguồn áp, nguồn dòng ở bên trong stator máy phát để cung cấp năng
lượng cho bộ kích từ. Kết quả là hệ thống kích từ tĩnh cho đáp ứng ban đầu cao với
nhiều khả năng cưỡng bức.
Hình 24 biểu diễn sơ đồ đơn tuyến cơ bản của hệ thống. Nguồn áp được tạo ra