Giáo trình Máy phát điện xoay chiều đồng bộ một pha (Trình độ Trung cấp) - Trường Cao đẳng Lào Cai

Iđm 4/10 Iđm 5/10 Iđm 6/10 Iđm 7/10 Iđm 1/10 Iđm 1/10 Iđm 1/10 Iđm Điện áp Dùng các số liệu từng lần vẽ đường cong số 1, số 2 và số 3. Sau đó lấy trung bình cộng hình học của 3 đường cong để được đường cong kết quả. Chú ý không lấy trung bình cộng kiểu đại số vì sinh viên không thể lấy giá trị dòng kích từ ở cả 3 lần đo như nhau được, 1.4. Ý nghĩa của đặc tính không tải. 23 Đặc tính không tải là quy luật hình thành điện áp trên cực của máy phát điện khi khởi động động cơ lai máy phát điện. Theo luật E = Cen nên đặc tính không tải rất giống với đường cong từ hóa B = f(H). Sự hình thành điện áp phụ thuộc rất lớn vào điện trở mạch kích từ Rkt, nếu điện trở này nhỏ, tổn hao IktRkt nhỏ, thì năng lượng kích từ sẽ biến thành từ thông để hình thành điện áp trên đầu cực, cho nên đến một lúc nào đó giá trị sức điện động sẽ xác định, ta nói máy phát đã lên điện như hình 2.1.4.a. Thông thường, ở các máy phát trong thực tế có đặc tính không tải không trơn tru như đường cong từ hóa như hình 2.1.4.b. vì nguồn kích từ lại do máy phát cung cấp và tính phi tuyến của điện trở mạch kích từ. Hình 2.2 a) Đặc tính không tải lý thuyết và mối quan hệ với Rkt b) Đặc tính không tải với máy phát thực tế. 2. Đặc tính ngoài. 2.1. Định nghĩa. Đặc tính ngoài của máy phát điện là quan hệ điện áp U trên cực máy phát và dòng điện tải It khi tính chất tải không đổi (cos = const), tần số và dòng điện kích từ máy phát không đổi. 2.2 Cách vẽ đặc tính ngoài. 2.2.1. Chuẩn bị. a) Giả sử lấy đặc tính ngoài của máy phát đồng bộ một pha có công suất S =7kVA; Điện áp U = 220v, Hệ số công suất cos = 0,80, tần số 50Hz, Điện áp kích từ đo được khi tải định mức là Ukt = 20v, Dòng kích từ định mức đo được Ikt = 10A) cần phải chuẩn bị: - 1 bộ tải thuần trở, gồm 10 điện trở công suất Ptt = S/10(W), và giá trị R= 69.1Ω. - 1 bộ tải thuần cảm (cuộn kháng) gồm 10 cuộn kháng có điện cảm L bằng R/2πf (Henry), chịu được dòng điện I = U/2πfL (A). - 1 bộ tải thuần dung (tụ điện) gồm 10 tụ điện chịu được điện áp 400V và điện dung C = 1/ ( ). (Trong thí dụ trên thì C =1/ω= 1/(314*69,1) = 0.0000460635F = 46uF). 24 - Điện áp kích từ Ukt(V). (Cụ thể trong ví dụ trên là 24v). - Dòng kích từ Ikt(A). (Cụ thể trong ví dụ trên là 10A). - Điện trở cuộn dây kích từ Rckt(Ω). Giá trị này có thể suy ra khi đo được điện áp và dòng kích từ theo định luật Ohm. (Cụ thể trong ví dụ trên là 24v/10A = 2,4Ω). Tuy nhiên đo được giá trị này sẽ kiểm chứng được độ chính xác của phép đo trên. b) Căn cứ vào giá trị đo được, chuẩn bị: - 1 bộ nguồn DC có điện áp và dòng điện lớn giá trị vừa đo được. (Cụ thể là bộ nguồn 24v, dòng 10 A; - 1 chiết áp có giá trị 10xRckt(Ω) và có thể chịu được dòng Ikt. (Cụ thể trong ví dụ trên là 24Ω,chịu dòng 10 A) - 1 đồng hồ Ampe có thang đo lớn hơn Ikt. (Cụ thể trong ví dụ trên là đồng hồ Ampe một chiều có thang đo đến 10 A) - 1 đồng hồ V, đo được điện áp máy phát. (Cụ thể trong ví dụ trên là đồng hồ xoay chiều đo được đến 250v) - 1 đồng hồ vạn năng để kiểm tra lúc cần. - Công tắc 10A. - Dây điện - Đầu cốt - Kìm điện, tua vít, . . . - Giấy đã kẻ ô, bút chì, tẩy. 2.2.2. Cách lấy đặc tính: Sơ đồ đấu dây: Hình 2.2. Cách đấu dây để lấy đặc tính ngoài cho máy 1 pha Để vẽ đường đặc tính ngoài cần phải đấu điện theo sơ đồ như hình 2.2 rồi: - Xác định điện áp không tải làm điểm xuất phát trên trục tung bằng cách bật công tắc CT và chỉnh dòng kích từ bằng cách chỉnh chiết áp VR (chỉ thị trên đồng hồ Ampe A1). rồi cố định dòng kích từ này lại. Aptomat máy phát chưa đóng. 25 - Bật Aptomat máy phát và lần lượt bật các công tắc CT1, CT2 . . . để thêm tải từng nấc bằng 1/10 Sđm, đọc giá trị trên đồng hồ Vôn, đồng hồ Ampe. Ghi vào bảng 2.2. Làm 3 lần, lấy trung bình cộng (đại số) từng điểm, rồi vẽ lên giấy kẻ ly. 2.3. Thực hành lấy đặc tính ngoài 2.3.1. Chuẩn bị làm thí nghiệm. Các nhóm tự chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm (mục đích là nhớ các khí cụ và đồ nghề cần thiết) như đã trình bày ở 2.2.1. 2.3.2. Thao tác lấy đặc tính. - Tháo dây kích từ của máy phát, dùng băng keo bọc cách điện 2 đầu vừa tháo ra, đồng thời đánh dấu đầu J/K để khi lắp lại không bị nhầm. - Đấu mạch điện mới như hình vẽ 2.2.b Khi đấu nhớ cực tính J là dương kích từ, K là âm kích từ, đồng hồ Ampe cũng có đầu dương và âm đã đánh dấu rõ trên đồng hồ. - Cho động cơ sơ cấp hoạt động, cho động cơ sơ cấp ổn định ở tốc độ 0,7nđm, 0,9nđm, nđm, và 1,1nđm để lấy họ đặc tính ngoài phụ thuộc tốc độ động cơ sơ cấp. Bảng lấy số liệu 2.2: Lần 1 Dòng kích từ Không tải Đóng CT1 Đóng CT2 Đóng CT3 ... ... ... ... Điện áp Lần 2 Dòng kích từ Không tải Đóng CT1 Đóng CT2 Đóng CT3 ... ... ... ... Điện áp Lần 3 Dòng kích từ Không tải Đóng CT1 Đóng CT2 Đóng CT3 ... ... ... ... Điện áp Lấy trung bình cộng của 3 lần ta sẽ có số liệu để vẽ đường cong. ứng với 1 tốc độ động cơ sơ cấp. Với nhiều đường cong ta sẽ được họ đường đặc tính ngoài phụ thuộc tốc độ động cơ sơ cấp. - Tương tự ta có thể vẽ họ đường đặc tính ngoài phụ thuộc vào dòng kích từ. 2.2.4. Đặc tính ngoài trong thực tế và ý nghĩa của chúng. Trong thực tế, tất cả các máy phát điện xoay chiều đều có bộ tự động điều chỉnh điện áp, mạch này bù ngược phản ứng phần ứng một cách hợp lý, nghĩa là máy phát tự 26 thay đổi kích từ nên điện áp máy phát gần như cố định so với điện áp lúc không tải. Như thế dòng kích từ thực tế đã bị thay đổi, không còn đúng theo định nghĩa lý thuyết nữa. 3. Đặc tính điều chỉnh. 3.1. Định nghĩa. Đặc tính điều chỉnh là mối quan hệ dòng tải của máy phát điện và dòng kích từ Ikt = f(It) trong điều kiện tốc độ động cơ sơ cấp n, điện áp máy phát U, hệ số công suất cos , không đổi. 3.2. Cách vẽ đặc tính điều chỉnh. * Chuẩn bị như chuẩn bị lấy đặc tính ngoài. ** Sử dụng lại hình vẽ 2.2 rồi thay đổi phương pháp đo như sau: - Đấu tải điện trở (điện cảm hoặc điện dung) sẵn sàng vào các mạch. - Cho máy phát lên điện, các giá tri E = U0, tốc độ động cơ sơ cấp n bằng định mức. - Lấy giá trị Ikt0 nằm trên trục hoành, làm điểm xuất phát. - Lần lượt đóng tải, mỗi lần đóng thêm tải, ghi giá trị Ikt và It vào bảng. * Lấy giá trị 3 lần cho 1 loại tải và bộ hằng số U0 và n, để lấy trung bình cộng kiểu đại số để cho vào bảng. * Lần lượt thay đổi U0 (vẫn cố định tốc độ n), 2 lần lớn hơn, 2 lần nhỏ hơn để có họ đặc tính theo U0. * Lần lượt thay đổi tốc độ n (vẫn cố định U0), 2 lần lớn hơn, 2 lần nhỏ hơn để có họ đặc tính theo n. Tiếp tục làm như thế cho tải thuần cảm và tải thuần dung. 3.3. Thực hành lấy đặc tính điều chỉnh. 3.3.1. Chuẩn bị làm thí nghiệm. Các nhóm tự chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm (mục đích là nhớ các khí cụ và đồ nghề cần thiết) như đã trình bày ở 2.1 và 2.2 3.3.2. Thao tác lấy đặc tính. - Tháo dây kích từ của máy phát, đánh dấu đầu J/K rồi dùng băng keo bọc cách điện 2 đầu vừa tháo ra. - Đấu mạch điện mới như hình vẽ 2.1. Khi đấu nhớ cực tính J là dương kích từ, K là âm kích từ, đồng hồ Ampe cũng có đầu dương và âm đã đánh dấu rõ trên đồng hồ. - Cho động cơ sơ cấp hoạt động, cho động cơ sơ cấp ổn định ở tốc độ 0,7nđm, 27 0,9nđm, nđm, và 1,1nđm để lấy họ đặc tính điều chỉnh. Bảng lấy số liệu 2.3: Lần 1 Dòng kích từ Không tải Đóng CT1 Đóng CT2 Đóng CT3 ... ... ... ... Điện áp Lần 2 Dòng kích từ Không tải Đóng CT1 Đóng CT2 Đóng CT3 ... ... ... ... Điện áp Lần 3 Dòng kích từ Không tải Đóng CT1 Đóng CT2 Đóng CT3 ... ... ... ... Điện áp 28 BÀI 3: LẮP ĐẶT MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ MỘT PHA VÀ ĐƯỜNG DÂY DỰ PHÒNG 1. Quy trình lắp đặt máy 1.1 Nguyên tắc chung Máy phát điện đồng bộ một pha là máy phát dự phòng, dành cho trường hợp mất điện, cho nên phải đặt ở nơi khô ráo, thuận tiện cho việc khai thác, chăm sóc,bảo dưỡng nhưng lại phải xa phòng ngủ, phòng khách để tránh ô nhiễm tiếng ồn cho gia đình, xa hàng xóm để tránh ảnh hưởng, càng gần cầu dao cấp điện của gia đình càng tốt. Sau đó mới tính đến việc lắp ráp đúng kỹ thuật. Về kỹ thuật phải chú ý đến các vấn đề: - Máy để chắc chắn trên nền phẳng, không bị rung lắc và cao ráo, tránh ẩm ướt. Có cửa thoáng hoặc cửa sổđể lấy không khí sạch - Thoát khói tốt, cửa ra của ống xả phải đặt ở ngoài buồng đặt máy, có mái chống mưa hắt vào. - Dây điện phải đi bó sát tường và trần, trong máng cáp, không được để nằm trên mặt đất. - Có cách âm và chống rung cho máy càng tốt. 1.2 Quy trình lắp đăt - Nhận yêu cầu lắp đặt máy phát tự động khởi động và dừng hay bằng tay. - Khảo sát thực địa để chọn vị trí đặt máy tổt nhất có thể theo nguyên tắc chung. - Thiết kế chi tiết. - Thử nghiệm và chỉnh đinh. - Bàn giao và hướng dẫn sử dụng. 2, Bản vẽ lắp đặt 2.1 Bản vẽ lắp đặt phần cơ khí Đối với việc lắp đặt máy phát điện công suất bé vì quá đơn giản nên có thể bỏ qua và thay thế vào đó bà bản phác thảo các vị trí như đặt máy, lỗ ra của ống xả trên tường, lỗ chui dây từ buồng đặt máy đến cầu dao tổng cấp điện cho hộ tiêu thụ là được. Cẩn thận hơn là biễu diễn tất cả ý đồ đó lên thành một bản vẽ. 2.2 Bản vẽ lắp đặt phần điện Các máy phát hiện nay có 2 loại: Loại khởi động bằng cách giật nổ, loại này khó có thể tự động khởi động; loại thứ hai khởi động bằng điện, loại này đã có sẵn ắc quy và hệ thống bánh răng truyền động, chỉ cần ấn nút là khởi động được, loại này có thể thiết kế thêm mạch để tự động khởi động khi mất điện, và tự động tắt máy khi điện lưới trở lại. 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch thông thường, thao tác bằng tay a) Giới thiệu phần tử: Trong sơ đồ này chỉ cần dùng 1 cầu dao 2 ngả hoặc 2 aptomat. b) Sơ đồ nguyên lý: 29 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý cho hoạt động bằng tay. Trong sơ đồ bằng tay, chỉ cần đóng hoặc cắt cầu dao hợp lý (có điện lưới thì cắt cầu dao dự phòng rối mới đóng cầu dao lưới; khi mất điện lưới thì chờ đã lên điện dự phòng mới cắt cầu dao điện lưới rồi đóng đóng cầu dao dự phòng) là được. Sơ đồ tự động cũng thực hiện các thao tác bằng tay (mà không có sự tham gia của con người mà thôi). Ta cụ thể hóa sự thể hiện theo thuật toán bằng lời: - Lúc có điện lưới chính thì không đóng cầu dao điện dự phòng (cho dù nó có điện). - Lưới chính mất điện thì tự động khởi động máy dự phòng, chờ lên đủ điện mới đóng vào lưới tiêu thụ. - Khi chuyển từ lưới này sang lưới khác phải chờ (cả 2 lưới đều không cấp điện cho hộ tiêu thụ) ít nhất 1sec (để đề phòng chập nguồn). Sau này khi các bạn đã hiểu rõ thì có thể dịch (translate) sơ đồ dạng rơ le ra dạng transitor hay IC hay vi xử lý thì tùy (xem phụ lục nâng cao). Sơ đồ nguyên lý hoạt đông tự động như sau: Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý cho hoạt động bằng tay * Chức năng các phần tử: - Công tắc tơ KM1 đóng và cắt lưới chính ra khỏi hộ tiêu thụ 30 - Công tắc tơ KM2 sẽ đóng điện dự phòng cho hộ tiêu thụ. - Rơ le KM3 phát hiện lưới chính có điện hay mất điện: khi mất điện lưới, nó đóng tiếp điểm cấp điện cho nhóm rơ le tạo nhịp khởi động (chạy 3sec, nghỉ 10sec cho đến khi động cơ điện khởi động xong) và tạo tín hiệu cho đường dây dự phòng cấp điện (có trễ) cho hộ tiêu thụ. - Rơ le KM4 dùng để chờ cho máy phát dự phòng đủ điện mới cấp cho lưới tiêu thụ. - Rơ le KM5, KM6 tạo nhịp khởi động. Nếu không tạo nhịp sẽ làm giảm tuổi thọ của ác quy khởi động. - Công tắc tơ KM7 cấp điện từng nhịp cho động cơ khởi động. * Thuyết minh hoạt động: Bình thường, lưới chính có điện - công tắc tơ KM1 cấp điện cho hộ tiêu thụ, qua tiếp điểm động lực thường mở KM1 - đồng thời rơ le KM3 ngăn không cho KM2 hoạt động nhờ tiếp điểm thường đóng KM2, cho nên dù máy phát dự phòng chạy và lên điện vẫn không cấp điện cho hộ tiêu thụ. Khi lưới chính mất điện, - Công tắc tơ KM1 mở tiếp điểm thường mở KM1 để cắt cầu dao chính - Rơ le KM3 cấp điện cho bộ khởi động hoạt động. - Đồng thời rơle KM3 đóng tiếp điểm thời gian thường mở, mở nhanh đóng chậm KM3 để chờ cấp điện cho công tắc tơ KM2; (thông thường máy không thể lên điện ngay được nên công tắc tơ KM2 bao giờ cũng đóng điện sau khi KM1 cắt điện, nhưng đặt KM3 trễ 3 sec để dự phòng việc đang thử máy dự phòng thì mất điện chính). - Rơ le KM4 là rơ le kiểm tra điện áp máy dự pòng, khi đã đủ điện áp cuộn dây KM4 làm việc, chờ têm 3sec cho điện ổn định, rồi đóng điện cho KM2 để cấp điện dự phòng cho lưới tiêu thụ. - Rơ le KM4 cắt tiếp điểm thường đóng KM4 để dừng khởi động. Khi lưới chính có điện trở lại, - KM3 cắt ngay cầu dao dự phòng KM2. - Tiếp điểm thường đóng mở nhanh đóng châm KM2 đóng lại cho KM1 đóng điện chính vào lưới, - Tiếp điểm thường đóng KM3 mở ra, cắt van điện từ cấp dầu SOL để tắt máy dự phòng. c) Sơ đồ lắp ráp: Sơ đồ lắp ráp hiện nay lại chính là sơ đồ nguyên lý ở trên nhưng đã xác định sẵn lắp thiết bị gì, của hãng nào, ký mã hiệu cụ thể, đầu dây số boa nhiêu sẽ đấu vào số nào của thiết bị...Như thế, người lắp ráp không cần hiểu biết nhiều về mạch điện, chỉ cần rèn luyện một kỹ năng đấu đúng mạch điện là được. Sự phân công lao động như thế, cho một hiệu suất rất cao khi sử dụng con người. 3. Lắp đặt máy, lắp đặt đường dây, đấu nối, kiểm tra và vận hành thử Trong trường hợp tổ hợp chưa có đế thì cần có những kỹ năng lắp đặt, cần thiết 31 nhất là sự đồng trục tuyệt đối giữa trục động cơ lại và trục máy phát. Thứ tự công việc như sau: - Gia công một bệ máy bằng gỗ tốt hay sắt (theo bản vẽ nếu có) có thể đặt được động cơ lai và máy phát điện. Hình 3.3: Sơ đồ lắp ráp cho hoạt động tự động - Lắp động cơ sơ cấp lên trước, bắt bu lông chắc chắn rồi cho chay thử để kiểm tra tính chịu lực và tính ổn định của bệ, nếu bị rung thì phải gia cố thêm. - Đặt máy phát trên phần bệ còn lạiđểước lượng các miếng lót bằng gỗ tốt hay sắt (nếu dày thì nên chọn gỗ, nếu mỏng thì chọn sắt, còn nếu rất mỏng thì chọn đồng lá). - Bắt máy phát vào bệ, vừa xiết chặt bu lông vừa căn chỉnh, khi thấy đã gần đồng trục thì bắt chặt khớp nối “động cơ lai-máy phát” để tiếp tục cân chỉnh chính xác. Khi các bu lông của đông cơ lai và máy phát đều đã vặn chặt mà dùng tay đặt vào khớp nối xoay thất nhẹ đều ở tất cả các góc là được (lúc thao tác nhớ phải mở “biệt xả” để động cơ sơ cấp không nén gió trong chu kỳ làm việc của nó) - Chạy thử động cơ sơ cấp ở các tốcđộ khác nhau kiểm tra độ rung, nếu còn rung là còn lệch trục, cần phải căn chỉnh lại. Trong các thao tác lắp đặt này thì căn chỉnh là khó nhất, người thợ cần có kinh nghiệm và có bàn tay nhạy cảm phân biệt được từng 1/10mm (dem) kích thường và từng Gam lực một. 3.2 Đường dây dự phòng. 3.2.1 Bản vẽ nguyên lý (xem trên) 3.2.2 Bản vẽ lắp ráp (xem trên). 3.2.3 Thi công: a) Chuẩn bị vật tư: 32 - Trong trường hợp lắp ráp hệ thống bằng tay thì vật tư (aptomat và dây dẫn) như đã nêu trên. - Trong trường hợp lắp ráp hệ thống tự động thì còn một số vật tư khác phục vụ chế độ tự động khởi động máy phát dự phòng khi mất điện lưới và tự động cấp lại nguồn chính rồi tắt máy khi có điện lưới trở lại. Bao gồm * Công tắc tơ xoay chiều thay cho aptomat (KM1 và KM2), dòng của công tắc tơ bằng dòng của aptomat, điện áp cuộn dây bằng điện áp định mức của máy phát. Dùng công tắc tơ rẻ hơn, còn loại aptomat đóng cắt bằng điện cũng có nhưng dòng qua lớn, không phù hợp. Số lượng 2 chiếc. * Rơ le “lên điện” (built up) là rơ le thời gian bình thường, điện áp cuộn dây bằng điện áp máy phát, tiếp điểm chịu được 1A trở lên (KM3 và KM4). Số lượng 2 chiếc. Nhiệm vụ của rơ le này là phát hiện có điện và xác minh điện này đã xấp xỉ điện áp định mức hay chưa. * Công tắc tơ một chiều cấp điện ắc quy cho động cơ khởi động (KM7). Dòng định mức từ 20A trở lên tùy theo dòng khởi động của động cơ điện, điện áp cuộn dây bằng điện áp ắc quy. * Rơ le thời gian (KM5 và KM6) điện áp bằng điện áp ác quy (Chú ý, nếu mua hàng của khối EU thì có khối thời gian riêng, khối này cài lên rơ le thông thường để thành rơ le thời gian). * Dây dẫn và các phụ kiện như đã nói ở trên. b) Thi công: Thi công phần điện gồm 2 phần - Thi công hộp điện điều khiển:Hộp điều khiển của ta có 3 công tắc tơ và 5 rơ le, ta quyết định lối ra vào dây phía dưới vàở chính giữa. Ngoài ra nên có 1 aptomat từ nguồn chính cấp điện để bảo vệ ngắn mạch và phục vụ sửa chữa lúc cần. Vì thế ta chia hộp điện ra 2 phần: Phần trên đặt 2 công tắc tơ vả 1 aptomat, phần dưới đặt 5 rơ le, tất cả nằm trên 2 thanh ray. Dưới 2 thanh ray và bên phải là máng cáp. Như thế toàn bộ dây đều nằm trong máng cáp, chỉ có đầu dây đánh số là ở ngoài, cạnh ốc đấu dây. Cũng nên dùng mầu dây để dễ kiểm tra, ví dụ dây pha điện lưới dùng mầu đỏ (red), dây pha điện dự phòng dùng mầu nước biển (blue), dây trung tính điện lưới dùng mầu đen (black), còn dây trung tính điện dự phòng dùng mấu nâu (brown) chẳng hạn. Chiều dài từng sợi dây nên cho hơi dài hơn 1 chút, phần thừa sẽ nằm trong máng cáp. Kỹ năng cắt dây cho vừa để tránh lãng phí sẽ tạo thành khi thực hành nhiều. Chú ý khi vặn ốc vít phải đúng đồ nghề, nếu dùng sai đồ nghề có thể bị hiện tượng “chờn ren” vì mô men men xoắn quá lớn (do dùng tua vít quá lớn) hoặc “chưa chặt” vì mô men xoắn quá nhỏ (do dùng tua vit quá nhỏ). Kỹ năng “vừa tay” dần dần sẽ tạo nên khi thực hành nhiều. Thời gian chờ đặt bao nhiêu cũng được, nhưng để tránh “sốt ruột”, nên để 1sec, (thực ra với sơ đồ đã thiết kế ở trên không cần rơ le thời gian cũng được) nhằm chống ngắn mạch nguồn. 33 -Thi công đường dây: Lúc thi công đường dây ta phải lắp máng cáp trước, nếu có đoạn dây phải đi ngoài trời, ta phải chọn loại dây có cách điện tốt hơn, ở hai đầu trước lúc vào nhà phải có đoạn võng xuống tránh nước mưa theo dây vào nhà. Lỗ ra vào dây của hộp điều khiển ở phía dưới cũng nhằm mục đích này. Ngoài ra phải chú ý hai điểm: Một là phải dùng mầu dây để phân biệt pha và trung tính (tránh phải dùng đồng hồ mất thì giờ). Hai là không được uốn qua cong làm gẫy dây. 3.3 Hoàn chỉnh hồ sơ (bản vẽ hoàn công) và bàn giao. - Bản vẽ hoàn công: Các bản thiết kế đều đã được suy nghĩ và tính toán cẩn thận, tuy nhiên đến lúc thi công và thử nghiệm mới thấy có điều bất hợp lý, lúc đó phải sửa lại thiết kế cho đúng kỹ thuật, cũng có thể bản thiết kế đã lâu, bây giờ không còn phần tử đó nữa, phải thay phần tử khác, nên mạch điện phải đổi đi chút ít. Bản vẽ sau khi sửa lại cho đúng với mạch điện đang có, gọi là bản vẽ hoàn công. - Hướng dẫn sử dụng: Nên có văn bản hướng dẫn sử dụng thiết bị con người dùng. Bản này hướng dẫn các thao tác vận hành, bảo dưỡng, phòng tránh sự cố đi kèm theo bản vẽ nguyên lý và lắp ráp. 34 BÀI 4: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP, TẦN SỐ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ MỘT PHA TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH 1. Qui trình vận hành 1.1 Bản chất vấn đề: Để hiểu rõ quy trình vận hành, ta cần hiểu rõ bản chất của điện áp và tần số của máy phát đồng bộ. a) Tần số: Máy phát nhận năng lượng từ động cơ sơ cấp để biến thành điện năng dưới dạng dòng điện hình sin. Tần số là số chu kỳ hình sin của dòng điện hay điện áp trong 1sec. Như thế, tần số do động cơ lai máy phát quyết định. Cho nên, muốn chỉnh tần số phải chỉnh ở động cơ sơ cấp, nói rõ hơn là chỉnh lượng dầu vào động cơ lai để tăng hoặc giảm mô men quay của động cơ lai làm cho máy phát quay nhanh hơn hay chậm hơn. Mô men máy phát điện bao giờ cũng chống lại mô men quay của động cơ lai, nó là mô men cản. Mô men của máy phát điện phụ thuộc vào công suất tiêu thụ và một số các yếu tố khác như ma sát của vòng bi, quạt gió tự thổi... nhưng các yếu tố này không đáng kể. Điện áp coi như cố định, nên mô men máy phát điện phụ thuộc chính vào dòng tải I và tính chất tải. Trong khi đó, mô men của động cơ lai lại phụ thuộc vào lượng dầu vào máy, cho nên tần số của dòng điện do máy phát điện sinh ra phụ thuộc vào 3 yếu tố cơ bản là: Lượng dầu vào động cơ lai, dòng tải tính bằng Am pe, và tính chất của tải (dung kháng, trở kháng, hay cảm kháng). Trong trường hợp tải ổn định ta có thể dùng tay để tăng giảm dầu vào động cơ sơ cấp, nhưng trong thực tế, tải trong gia đình có tính chất cảm kháng (do phần lớn tải đều có cuộn dây trong lõi thép) lại không ổn định (tủ lạnh tự động đóng hoặc ngắt theo nhiệt độ trong tủ, điều hòa nhiệt hoạt động theo nhiệt độ phòng làm việc, đèn chiếu sáng tắt hay bật...) cho nên lượng dầu vào máy phải điều chỉnh tự động mới mong ổn định tần số được. Các bộ tự động tăng giảm dầu cho động cơ lai hiện nay đều trực tiếp hay gián tiếp đo tốc độ động cơ lai. Các điều tốc cơ khí, đo tốc độ bằng lực ly tâm của quả văng gắn trên trục quay, lực ly tâm tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ nên cảm biến này rất nhạy, hình 4.1 mô tả nguyên lý hoạt động của một điều tốc ly tâm dùng phổ biến hiện nay. Khi công nghệ bán dẫn phát triển, các bộ điều tốc điện tử ra đời, họ đo trực tiếp hay gián tiếp tốc độ rồi so sánh với 1 chuẩn, sau đó nếu lớn hơn chuẩn thì giảm dầu, nhỏ hơn chuẩn thì tăng dầu (nguyên lý độ lệch). Với bộ điều tốc điện tử, người ta có một núm đặt tốc độ và núm chỉnh độ nhạy. Bộ điều tốcđiện tử dần dần chiếm ưu thế vì nhỏ gọn, độ nhạy cao và khả năng giao tiếp số với các thiết bị số khác. Như thế muốn tăng giảm tần số, ta chỉ cần xoay hoặc vặn một nút trên động cơ lai máy phát điện, nút này tác động đến lò xo đặt tốc độ. Các máy bé, có khi chỉ đơn giản là một tay ga. 35 Hình 4.1: Nguyên lý bộ điều tốc cơ-thủy lực kiểu bù áp suất. b) Điện áp: Khi phần cảm và phần ứng quay tương đối với nhau và cấp dòng kích từ thích hợp thì máy phát lên điện. Đó là điện áp không tải. Nếu ta đóng cầu dao rồi cho ăn tải thì điện áp sẽ giảm xuống theo đường đặc tính ngoài. Đối với hộ gia đình, người ta cố chỉnh đặc tính ngoài rất cứng, coi như điện áp là hằng số. Muốn thế, cần có một bộ tự động kích từ (còn gọi là bộ tự động điều chỉnh điện áp) hoàn chỉnh, có mạch tích phân để tạo vô sai. Phần này sẽ nói kỹ ở bài tự động điều chỉnh điện áp. Như thế việc chỉnh điện áp chỉ cần thực hiện lúc ban đầu mà thôi. Núm chỉnh gọi là núm điện áp hay còn gọi là núm kích từ. Các máy bé, có thể núm này cũng không có, muốn tăng giảm điện áp ta tăng giảm ga là được (vì hãng chế tạo đã thiết kế bộ kích từ cấp đủ kích từ sao cho khi tốc độ quay định mức thì điện áp định mức, thỏa mãn điều kiện cả về tần số lẫn điện áp mà sử dụng rất thuận tiện và đơn giản). 1.2 Quy trình chỉnh điện áp và tần số. Bước 1: Khởi động động cơ lai, chờ cho tốc độ ổn định và lên điện. Bước 2: Dùng núm dầu, chỉnh cho tần số bằng 50Hz (đồng hồ tốc độ trên máy sẽ chỉ 3000 v/ph hoặc 1500v/ph tùy theo loại máy) Bước 3: Dùng núm kích từ (hay điện áp) chỉnh cho điện áp bằng định mức. Bước 4: Đóng aptomat để ăn tải. 2. Vận hành, điều chỉnh điện áp, tần số của máy phát điện đồng bộ một pha 2.1 Điều chỉnh điện áp. Khi vẽ đường đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ, ta thấy các loại tải có ảnh hưởng rõ rệt đến đường đặc tính ngoài, nếu ta không thay đổi dòng kích từ thích hợp. Ta có thể giải thích hiện tượng này như sau: Khi chế tạo máy phát điện, người ta đã cố gắng đặt phần cảm và phần ứng sao cho tạo ra sức điện động cảm ứng lớn nhất, làm như thế hệ số khuyếch đại về công suất điện sẽ lớn nhất. Trong điều kiện như thế, nếu từ thông chính quét các cuộn dây phần ứng hiệu quả nhất thì dòng tải phản ứng trở lại cũng mạnh mẽ nhất. Tuy nhiên, sự phản ứng trở lại như thế nào còn phụ thuộc vào loại tải, ta hãy xét dòng tải và từ thông chính trên các phương trình và đồ thị: 36 Theo định luật cảm ứng điện từ ta có: như thế, điện áp chậm sau từ thông một góc bằng . Còn dòng điện tải trong các hộ gia đình lại chậm sau điện áp một góc nào đó phụ thuộc vào tính chất tải, góc này khoảng 40 0 (vì cos37 0 = 0,8), dòng tải tạo ra từ thông đúng theo luật của nó, nên chống lại từ thông chính, kỹ thuật gọi là “phản ứng phần ứng”như biễu diển trên hình 2.2. Muốn giữ được điện áp khi có tải như thế chỉ có mỗi biện pháp là tăng từ thông chính Φ bằng cách tăng kích từ phù hợp. Việc tăng giảm kích từ phù hợp là chức năng của bộ “tự động điều chỉnh điện áp” hay tự động kích từ. Chức năng khác của bộ tự động điều chỉnh điện áp là tự kích. Tự kích là máy phát tự lên điện khi động cơ lai quay đủ tốc độ, trường hợp không tự lên điện thì phải mồi, gọi là “mồi từ”. Đối với máy phát đồng bộ nói chung, bộ tự động kích từ còn chức năng thứ ba là “tự động phân phối tải vô công” khi 2 hay nhiều máy pát đồng bộ công tác song song, vì tải này làm giảm khả năng cấp công suất tác dụng cho một lưới chung. Bộ tự động điều chỉnh điện áp thường theo 2 nguyên lý cơ bản là: - Nguyên lý nhiễu động: Nguyên lý này căn cứ vào 2 nguyên nhân thay đổi điện áp chính là dòng điện tải và tính chất tải để điều chỉnh điện áp. Cách thực hiện cồng kềnh vì phải dùng đến nhiều cuộn dây nên chỉ dùng cho các máy phát có công suất lớn. - Nguyên lý độ lệch: Nguyên lý này lại dựa vào sự sai khác giửa điện áp ra và một chuẩn cho trước, nếu điện áp bằng chuẩn thì giữ nguyên kích từ, nếu thiếu thì tăng thêm, nếu thừa thì giảm đi. Bộ tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch thường được chế tạo bằng mạch điện tử nên nhỏ gọn, áp dụng cho máy phát công suất bé và các máy phát lớn không chổi than. Đối với các máy công suất bé, do dòng kích từ bé, nên hay dùng Transitor làm phần tử cấp kích từ vì mạch điều khiển đơn giản và dòng ra “láng” tức trơn tru, không nhảy bậc. Nhược điểm của Transitor là phát nhiệt lớn nên khó dùng cho công suất lớn. Với các bộ tự động điều chỉnh điện áp như thế, việc chỉnh điện áp chỉ thực hiện vào thời điểm khởiđộng máy bằng cách xoay núm đặt trước điện áp cho phù hợp, về sau máy tự chỉnh định lấy. Các máy phát mà điện áp không ổn định lúc tải thay đổi là bộ đó đã hư hỏng hoặc các bộ ở thế hệ cũ, công nghệ chế tạo thấp hoặc độ nhạy kém. Trong trường hợp này phải chỉnh núm điện áp hay núm kích từ khi điện không vừa ý, ta chỉ chỉnh núm kích từ khi tần số đúng bằng định mức. 37 BÀI 5: BẢO DƯỠNG MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ MỘT PHA 1. Quy trình bảo dưỡng máy phát điện xoay chiều đồng bộ một pha 1.1. Quy trình bảo dưỡng: Muốn giữ được thiết bị có tuổi thọ cao cần phải bảo dưỡng đúng quy trình. Quy trình được chia ra bảo dưởng hàng ngày, hàng tuần, hàng thâng, và bảodưỡng định kỳ. a. Bảo dưỡng hàng ngày. Bảo dưỡng hàng ngày máy phát điện đồng bộ một pha chỉ thực hiện ở những trường hợp máy phát hoạt động. Trong trường hợp này ta lau chùi bụi bẩn, dầu nhớt bị văng ra ngoài, kiểm tra mức dầu bôi trơn, nghe các tiếng động khác thường, nếu có. Quan sát tia lửa ở vành trượt-chổi than (ở máy phát có chổi than), nếu có tia lửa nhỏ phải tìm cách khắc phục. Nếu máy không chạy thì chỉ thực hiện khi có thời tiết bất thường hoặc có công việc sửa chữa nhà cửa gần đó, chủ yếu là che chắn tránh mưa, nắng, bụi bẩn, . . . mà thôi. b. Bảo dưỡng hàng tuần: Hàng tuần, nếu máy không hoạt động cũng phải: - Kiểm tra mức nhiên liệu cần thiết để khởi động máy thành công. - Kiểm ta dầu bôi trơn trong các-te bằng que thăm. - Kiểm tra điện áp ắc quy bằng đồng hồ chuyên dùng (đồng hồ vạn năng chỉ đo được sức điện động của ắc quy, cho nên khi ắc quy hết điện vẫn đủ điện áp, chỉ khi hết hẳn điện mới thấy sụt điện áp) và nạp bổ sung với điện áp bằng 1,3 acquy trong vòng 2 giờ (điện áp này đo lúc đang nạp). - Đo điện trở cách điện máy phát (cả phần cảm lẫn phần ứng) bằng đồng hồ vạn năng thông thường (nếu đo bằng đồng hồ Mê-gôm thì phải tháo rời 2. Bảo dưỡng các bộ phận của máy phát điện xoay chiều đồng bộ một pha Bảo dưỡng các bộ phận của máy phát đồng bộ một pha là nói đến bảo dưỡng định kỳ. Sau một thời gian dài hoạt động, các bộ phận đã bị mài mòn, nhiệt độ thay đổi nhiều và nhanh làm cho các bộ phận bị già hóa, đặc biệt là độ cách điện, nên cần phải tháo rời ra mới tiến bành bảo dưỡng được. 2.1. Bảo dưỡng phần cơ Động cơ lai máy phát đồng bộ một pha công suất bé thường là máy chạy xăng, có một số ít chạy dầu. Dù chạy xăng hay chạy dầu, chúng đều có piston, xy lanh, trục khuỷu, biên bạc, . . . những phần tử chịu lực, lại trượt lên nhau với tốc độ cao nên bị mài mòn đáng kể, nếu ta không kịp thời chỉnh định các khe hở của biên bạc, của séc măng, . . . thì không những tốn nhiên liệu mà còn giảm nhanh tuổi thọ và có thể gây ra sự cố nguy hiểm. Công việc bảo dưỡng này phải có thợ cơ khí lành nghề. 2.2. Bảo dưỡng phần điện Bảo dưỡng phần điện chủ yếu là nâng cao độ cách điện và thay vòng bi cho máy phát. Còn lại các tác động khác thì gọi là sữa chữa. 38 - Vòng bi máy phát là vòng bi loại kín 2 mặt để chống dầu mỡ bắn vào các cuộn dây, phải thay khi đúng niên hạn hoặc nghe có tiếng bất thường ở vòng bi. Việc thay vòng bi yêu cầu có dụng cụ chuyên dùng, đó là các “cẩu” hoặc “a ráp” đúng kích cỡ, để lấy ra đúng kỹ thuật. Khi đã chọn đúng ký mã hiệu ghi trên nắp vòng bi, cũng nên chọn cả hãng sản xuất vì tính chất lượng của nó. Khi lắp vòng bi vào trục cũng cần đồ nghề, đó là ống đồng thau dày từ 3mm trở lên, đường kính trong của ống lớn hơn đường kính trục vài mm. - Quy trình lắp vòng bi mới: 1 - Đọc ký mã hiệu của vòng bi cũ. 2 - Chọn vòng bi mới, đúng thông số và chọn hãng có uy tín. 3 - Bôi mỡ vào mặt trong của vòng bi và vào trục sắp lắp vòng bi để chống rỉ và trơn dễ cho vào. 4 - Chọn phía vòng bi (phía có thông số ra ngoài) rồi lồng vào trục. 5 - Dùng ống đồng làm đệm rồi dùng búa đủ nặng đóng vòng bi vào (búa lớn quá thì nặng, khó thao tác; búa nhỏ quá thì không có lực và làm loe đầu ống đồng giống như gò, Thầy giáo nên giải thích kỹ hiện tượng này) cho đến lúc không thể đóng thêm vào được nữa thì dừng lại. 6 - Xoay vòng bi để kiểm tra lần cuối. 7 - Bôi mỡ vào áo vòng bi và dùng dẻ lau sạch buộc kín vòng bi trước khi làm các công đoạn khác của bảo quản. - Nâng cao độ cách điện: Các máy phát mới của hãng có uy tín đều có độ cách điện hàng chục MΩ, nếu khai thác và bảo dưỡng đúng kỹ thuật thì cách điện vẫn còn rất khá. Nếu cách điện còn trên 1kΩ/vôn thì còn dùng được, nếu dưới 1kΩ/vôn thì sẽ rất nguy hiểm lúc sử dụng. Việc nâng cao độ cách điện làm theo quy trình sau đây: Dùng đồng hồ vạn năng kiểm ta cách điện, nếu thấy chạm chập thì phải khắc phục, chi đến khi thấy cách điện thấp (từ 0,2MΩ trở lên mới tẩm sấy. * Bước 1: Đặt thẳng đứng cuộn dây (chú ý không để xước hoặc dập dây), dùng vòi phun phun dầu rửa vào cuộn dây cho đến khi sạch bụi bẩn và dầu mỡnằm bên trong cuộn dây. Khi phun nên dùng áp suất nhỏ, hoặc mở vòi với lưu lượng lớn để dòng dầu chảy lớn và mạnh thì mới có tác dụng rửa, nếu áp suất cao mà lưu lượng nhỏ thì bẩn chổ này sẽ chạy sang chỗ khác mà không trôi đi được (nhìn thấy dầu chảy ra không còn màu đục). Cũng chú ý thêm là phải dùng dầu rửa đúng tiêu chuẩn ( chỉ tan dầu mỡ và các chất bẩn thông thường, dầu rửa không cháy), nếu không có thể bị tan cả chất cách điện cũ và có thể gây ra hỏa hoan. * Bước 2: Sấy cuộn dây bằng cách cho nhiệt độ tăng từ từ, sau khoảng 3 giờ nhiệt độ buồng sấy lên đến 100 đến 105 0 C, sấy tiếp (có thể đến10 hoặc 12 giờ nữa để chắc chắn đã hết hơi ẩm và dầu trong bối dây. Trong quá trình sấy phải liên 39 tục mỗi giờ 1 lần đo cách điện, ban đầu có thể bị giảm xuống, sau mới tăng dần, cho đến khi không tăng nữa và ổn định trong khoảng 2 giờ mới thôi sấy. Các nhà máy hoặc xưởng sửa chữa lớn có buồng sấy, có thể có cả buồng sấy chân không, điều khiển được nhiệt độ tùy ý. Các xưởng nhỏ hoặc phải đi sửa chữa lẻ, thì có thể dùng bóng đèn sợi đốt từ 60W đến vài trăm để sấy, điều khiển nhiệt độ bằng công suất bóng đèn, hoặc dùng mạch triac đơn giản để điều khiển dòng điện sấy, cũng là điều khiển nhiệt độ. * Bước 3: Đem cuộn dây ra khỏi lò sấy, để cuộn dây giảm nhiệt độ tự nhiên, khi nhiệt độ còn khoảng 65-70 0 C thì cho vào thùng sơn tẩm, khoảng 10 phút thấy không còn sủi bọt nữa thì vớt lên, đặt dốc đứng để sơn chảy bớt đi. Nếu không đủ sơn để ngâm thì để dựng đứng rồi dội sơn, khi thấy sơn ngấm đến phía dưới thì trở đầu mà dội, trở cuộn dây vài ba lần đến khi có cảm giác sơn ngấm hết vào trong cuộn dây thì thôi. Thời gian chờ sơn chảy bớt đi không nên để qua nửa giờ (vì bối dây đã quá nguôi, sơn không còn chảy nữa). Nhiệt độ bắt đầu tẩm sơn rất quan trọng, nếu thấp hơn 65 0 C thì sơn không đủ độ linh động để len lỏi vào phía trong cuộn dây, nếu cao hơn 70 0 C thì sơn sẽ bốc hơi nhanh, cản trở sơn ngấm vào trong. * Bước 4: Sấy khô, đây là công đoạn rất quan trọng, quyết định chất lượng cách điện. Đầu tiên sấyở nhiệt độ 70 0 C trong khoảng 4 giờ, mục đích là cho sơnkhô từ từ cả phía trong lẫn ngoài, nếu vội vàng cho nhiệt độ cao hơn thì phía trong sẽ có các bọng sơn ướt, bọng này sẽ làm giảm độ cách điện sau này. Sau đó tăng nhiệt độ lên 90 0 C và sấy trong 2 giờ, tiếp đó tăng lên 100-105 0 C sấy cho đến khi điện trở cách điện không tăng nữa và ổn định trong khoảng 2 giờ thì ngừng sấy. * Bước 5: Lại để giảm nhiệt độ tự nhiên và tẩm tiếp như bước 3 và 4 lần này có thể tẩm sơn cũ (đã dùng để tẩm lần đầu) hoặc đặc hơn cũng được. Mục đích của tẩm lần 2 là để sơn kín hết trong các khe hở cuộn dây, nhờ kín khít mà tỏa nhiệt tốt hơn, sau này cuộn dây mát hơn. * Bước 6: Phủ sơn: Sơn phủ là loại sơn có tính chất đặc biệt, chống lại ảnh hưởng của môi trường như nhiệt độ, ẩm, hóa chất, . . . nên muốn giữ độ cách điện tốt cần phải phủ lên bề mặt cuộn dây 1 lớp sơn phủ. Sơn phủ thường được chế tạo dưới dạng hộp xịt, sử dụng rất tiện lợi. Sau khi sấy khô lớp sơn thứ 2, ta đưa cuộn dây ra ngoài, chờ nhiệt độ giảm xuống còn khoảng 70 0 C, phun lên bề mặt cuộn dây một lớp mỏng đủ kín mặt cuộn dây là được. Lớp sơn phủ sẽ tự khô sau vài giờ đồng hồ. *Bước 7: Kiểm tra cách điện lần cuối trước khi lắp máy phát. 40 BÀI 6: SỬA CHỮA VÀNH TRƯỢT VÀ GIÁ ĐỠ CHỔI THAN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ MỘT PHA 1. Các hiện tượng và nguyên nhân gây hư hỏng vành trựợt, chổi than 1.1 Vành trượt-chổi than: Với máy phát có chổi than thì cặp vành trượt-chổi than có chức năng cấp dòng kích từ hoặc đưa điện ra ngoài. Về mặt an toàn thì vành trượt-chổi than là nguyên nhân của khoảng 70% các sự cố của máy phát điện. Về cấu tạo, vành trượt là một vành khăn đồng tâm với trục quay bằng hợp kim đồng có khả năng dẫn điện tốt, có hệ số ma sát trượt nhỏ và khả năng chịu mài mòn. Hai vành trượt đặt cạnh nhau, cách điện với nhau và cách điện với trục quay. Hình 6.1: Vành trượt-chổi than ở máy công suất bé và công suất lớn Chổi than là hỗn hợp của cac-bon với đồng, có khả năng dẫn điện tốt và mềm hơn vành trượt để chống mòn cho vành trượt. Một dây đồng nhiều lõi cấy vào phần trên của chổi thân để nối điện vào chổi than, Chổi than tỳ lên vành trượt để dẫn điện vào ra. Để tăng áp lực lên vành trượt, người ta dùng một lò xo Chổi than là hỗn hợp của cac-bon với đồng, có khả năng dẫn điện tốt và mềm hơn vành trượt để chống mòn cho vành trượt. Một dây đồng nhiều lõi cấy vào phần trên của chổi thân để nối điện vào chổi than, Chổi than tỳ lên vành trượt để dẫn điện vào ra. Để tăng áp lực lên vành trượt, người ta dùng một lò xo ép chổi than vào vành trượt. Lò xo cũng tham gia dẫn điện vào chổi than. Yêu cầu của lò xo là tạo lực vừa đủ và có lực gần đều nhau trong thời gian sử dụng, nên thường là một lá thép cuộn nhiều vòng như dây cót đồng hồ. Với các máy bé không thể chế tạo chổi than cồng kềnh, nên chổi than nằm trong giá có lò xo xoắn để ép chổi than, dây dẫn vừa dẫn điện vừa hạn chế độ độ di chuyển của chổi than trong hốc vừa chống tuột ra ngoài. Đế chổi bawys vào vị trí cố định ngang tầm với vành trượt. Như thế, việc thay thế chổi than định kỳ (theo số giờ làm việc) rất quan trọng, nếu không sẽ hỏng vành tjkhi chổi than qua mòn. 41 Hình 6.2: Chổi than và dây dẫn 1.2 Đánh lửa và nguyên nhân của nó: Trong trường hợp máy phát có phần cảm quay thì dòng điện thông qua vành trượt-chổi than bé, còn nếu phần ứng quay thì dòng điện đi qua vành trượt-chổi than lơn hơn từ 10 đến 15 lần, vì thế rất dễ gây ra tia lửa điện lớn khi sử dụng. Lúc máy phát hoạt động thì khi nào cũng có tia lửa điện ở vành trượt-chổi than, chỉ khác nhau về cường độ mà thôi. Các tia lửa nhỏ li ty thì coi như là vô hại, khi nó lớn hơn, độ dài cỡ mi-li-mét, có khi trông thấy kéo dài đến cả cm thì mới nguy hiểm, làm hỏng vành trượt-chổi than. Có mấy nguyên nhân chính sau đây: - Vành trượt bẩn, lớp bẩn này do loại chổi than không tốt để lại trên vành trượt cùng với bụi bẩn trong môi trường, tạo nên một lớp dẫn điện kém. Khi máy phát hoạt động, nhiệt phát ra nhiều hơn bình thường, các nhiệt điện tử tạo ra tia lửa điện. Cách khắc phục là dùng giấy nhám số từ 400 trở lên (số 400 có nghĩa là có 400 hạt nhám trong 1 inh vuông) tỳ nhẹ lên vành trượt lúc đang quay, vành trượt sẽ sáng bóng lên, nếu hết lửa là đúng nguyên nhân. - Chổi than quá mòn: Khi chổi than quá mòn, lực ép của lò xo giảm đi làm tăng điện trở tiếp xúc, nhiệt độ tiếp xúc tăng lên, gây ra tia lửa. Khắc phục là thay chổi than mới đúng chủng loại. - Lò xo yếu: Các máy phát cũ, lò xo bị biến dạng mỏi nên giảm lực ép chổi than vào vành trượt. Khắc phục bằng cách thay mới hoặc căng thêm lò xo nếu có thể. - Vành trượt bị rỗ hoặc không tròn đều: Nguyên nhân này là do hậu quả của một quá trình khai thác và bảo dưởng không đúng quy trình kỹ thuật, để đánh lửa trong thời gian dài mà có. Không có cách gì sửa chữa, chi khắc phục được tam thời bằng cách tiện lại vành góp cho tròn rồi đánh bóng mà thôi. Tuy nhiên sau khi tiện, lớp đồng phia trong là đồng thau, chịu mài mòn kém, điện trở suất cao nên rất chóng hỏng trở lại. 2. Cách khắc phục các hư hỏng của vành trượt và chổi than Các thao tác trên đây, coi như là nhiệm vụ khai thác và bảo dưỡng hàng ngày hoặc hàng tuần, nên thực tê chỉ còn khắc phục vành trượt rỗ hoặc không tròn mà thôi. Vành trượt bị rỗ, có thể quan sát bằng mắt thường, còn vành trượt không 42 tròn thì phải có thiết bị kiểm tra mới thấy. Thông thường thấy máy phát xuất hiện nhiều tia lửa mà xử lý bằng cách đánh bóng vành trượt, thay chổi than mới, căng thêm lò xo vẫn không được, thì có thể do vành trượt không tròn. Nếu vành trượt không tròn, tốc độ máy phát cao thì chổi than sẽ bị nhảy trên vành trượt, do tiếp xúc không tốt mà xẩy ra tia lửa và làm cho vành góp ngày càng méo thêm. Dụng cụ để phát hiện vành trượt không tròn là đồng hồ đo khoảng cách, đồng hồ này có thể đo được các khoảng cách đến 1/100mm. Nếu không có máy, ta có thể làm môt mũi nhọn tựa cố định vào vành trượt rồi dùng tay quay rô to chậm để rà sự lồi lõm không tròn của vành trượt bằng mắt thường. Việc thay mới vành trượt chỉ có chính hảng sản xuất hoặc đại lý của hãng mới có vật tư, các xưởng sửa chửa thông thường chỉ đánh bóng hoặc tiện lại thì kết quả chỉ có tính chất tạm thời. 3. Kiểm tra, sửa chữa vành trượt, chổi than của máy phát điện xoay chiều đồng bộ một pha 43 BÀI 7: SỬA CHỮA MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ MỘT PHA MẤT TỪ DƯ 1. Nguyên lý làm việc của máy phát điện tự kích từ 1.1. Định nghĩa. Máy phát điện tự kích từ là máy phát điện mà khi động cơ lai quay đủ tốc độ thì máy phát tự lên điện xấp xỉ điện áp định mức. Thông thường các hãng chế tạo đều đã sản xuất ra các máy phát điện có khả năng tự kích, vì tính tiện lợi của nó. 1.2. Quá trình tự kích. Quá trình tự kích xuất phát từ “từ thông dư” của cuộn kích từ. Tất cả các cuộn kích từ đều dùng dây ê-may quấn trên lõi thép kỹ thuật điện chuyên dùng (khác với thép dùng để chế tạo biến áp hoặc thép để chế tạo động cơ điện xoay chiều), thép này có từ thông dư khoảng 10% nên khi máy lai chạy đủ tốc độ thì sức điện động Edư đạt khoảng 15v trở lên, bộ tự động điều chỉnh điện áp sẽ đưa điện áp này quay lại cuộn kích từ nhằm tạo ra từ thông lớn hơn để rồi tạo ra điện áp lớn hơn, . . . cái vòng luẩn quẩn này kết thúc khi điện áp máy phát xấp xỉ định mức và ta gọi là quá trình này là quá trình tự kích của máy phát điện. 2. Điều kiện để có quá trình tự kích trong máy phát điện tự kích từ Máy phát đồng bộ tự kích được nhờ 3 yếu tố cơ bản: Một là có từ dư đủ lớn, hai là dòng kích từ do bộ tự động điều chỉnh điện áp quay về phải đúng chiều và ba là điện trở mạch kích từ đủ nhỏ. Chỉ cần thiếu một điều kiện là máy không thể tự kích được. Ta sẽ phân tích kỹ các điều kiện này. 2.1 Điều kiện từ dư Rõ ràng điều kiện từ dư vô cùng quan trọng, nếu không có từ dư hoặc từ dư quá yếu thì máy phát không thể tạo ra điện áp cần thiết cho bộ tự động điều chỉnh điện áp làm việc, bổ sung từ thông cho cuộn kích từ trong quá trình tự kích được. Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng mất từ dư như máy phát bị công suất ngược nặng mà thiết bị bảo vệ lại cắt không đúng thời điểm, khi sửa chữa sấy phần cảm máy phát ở nhiệt độ quá cao, máy để lâu không dùng, bị các xung lực lớn, . . . Trường hợp các máy phát 1 pha dùng cho gia đình không có từ dư chỉ xẩy ra ở lần phát điện đầu tiên sau khi xuất xưởng hoặc ở máy phát để qua lâu không phát điện (mà hãng chế tạo không có biện pháp cải thiện) mà thôi. Còn ở các máy phát công nghiệp phải công tác song song thi mất từ dư còn có thể do bị công suất ngược nặng, máy phát biến thành động cơ mà ra. Từ dư sẽ tự hồi phục trở lại sau thời gian hoạt động toàn tải, vì dòng kích từ đủ lớn sẽ tạo ra từ trường sắp xếp lại các phân tử sắt trợ từ, giống như hiện tượng mài các tua vít vào nam châm thì tua vít có khả năng giữ các vít bằng sắt khi làm việc. 2.2 Điều kiện chiều dòng kích từ: Bộ tự động điều chỉnh điện áp có nhiệm vụ biến điện áp máy phát thành dòng kích từ cho phần cảm, nếu dòng kích từ do quay về không đúng chiều thì từ 44 thông do dòng điện sỉnh ra chống lại từ thông dư làm cho từ thông tổng hợp yếu đi, kết quả là điện áp phát ra nhỏ hơn lúc chỉ mới có từ dư, nên không thể tự kích được. Điều kiện này ở máy phát điện đồng bộ xẩy ra do hai nguyên nhân: Một là khi sửa chữa không đúng quy trình kỹ thuật, tháo dây kích từ ra rồi lắp lại không đúng chiều dương âm; và hai là khi công tác song song, máy bị công suất ngược làm trái chiều từ dư. 2.3 Điều kiện điện trở mạch kích từ Trong trường hợp máy phát đã có từ dư và chiều dòng kích từ quay về tạo ra từ thông đã cùng chiều với từ thông dư nhưng máy phát chỉ lên điện được mấy chục vôn rồi dừng lại mà không chịu lên đủ điện, cũng gọi là không tự kích được. Trường hợp này là do điện trở mạch kích từ qua lớn. Khái niệm điện trở mạch kích từ ở đây để chỉ một điện kháng tổng hợp của bo (board) mạch kích từ bao gồm cả điện trở, điện kháng, điện dung, tỷ số biến áp đo, . . nên không thể tính toán tỷ mỷ được, giá trị này lấy bằng điện áp vào bo mạch chia cho dòng kích từ hiện tại, nếu điện trở này quá lớn, thì dòng kích từ quá nhỏ, không đủ tạo hết đường đặc tính không tải. Trường hợp này có thể coi như bo mạch kích từ có lỗi. 3. Nguyên nhân và cách khắc phục hiện tượng mất từ dư 3.1 Mồi từ: Trong trường hợp máy phát đang chạy mà không chịu lên điện thì chỉ có mỗi cách là mồi từ. Mồi từ là dùng nguồn điện một chiều (có điện áp vừa nhỏ hơn hoặc bằng điện áp kích từ không tải) cấp vào đúng chiều cho cuộn kích từ. Khi máy phát đã lên điện thì cắt mạch mồi từ ra ngoài, để bộ tự động điều chỉnh điện áp làm việc. Thông thường mạch mồi từ đã đấu sẵn vào trong mạch điện máy phát, nguồn điện một chiều là ắc quy. Nếu điện áp mồi quá nhỏ thì mồi không được, còn nếu nguồn điện áp mồi lớn hơn điện áp kích từ không tải thì phải thêm điện trở hạn chế, nếu không sẽ bị quá kích Mạch điện mồi từ bao giờ cũng phải có diod chống ngược. Diod này có 2 chức năng: Một là chống đấu nhầm cực điện của ác quy, và hai là khi máy phát đã lên điện thì không quay về nạp cho ác quy. Nếu không có diod này có thể xảy ra hiện tượng mồi mãi mà vẫn không thấy lên đủ điện, khi không mồi nữa mới lên đủ điện. Để có thể ngắt mồi kịp thời, thường dùng một nút bấm thường mở (NO: normal open) để cấp điện. Khi mồi ta cấp điện từng nhịp ngắn (khoảng 1sec) cho đến lúc lên điện .Mạch điện mồi như mô tả trên hình 7.1 45 Hình 7.1: Mạch điện mồi từ Thời gian mồi từ chỉ khoảng 1sec là được. Khi ấn nút mồi, mắt phải nhìn vào đồng hồ đo điện áp, khi thấy kim lên khoảng nửa điện áp định mức thì bỏ tay ra, để tránh quá điện áp. Nếu chưa được thì làm lại. Trong trường hợp máy phát đã tháo ra để sửa chữa thì phải xem hãng chế tạo đã dùng biện pháp gì để cải thiện quá trình tự kích trong những phương pháp nêu sau đây: 3.2 Thêm nam châm vĩnh cửu: Khi chế tạo phần cảm các máy phát điện nói chung và máy phát điện đồng bộ nói riêng, hãng chế tạo đã chọn loại thép kỹ thuật điện có thông số từ dư lớn. Để chắc chắn hơn, có hãng đã cài thêm một nam châm vĩnh cửu vào trong mạch từ của cuộn kích từ, chắc chắn hơn nữa, có hãng đã chế tạo cả một máy phát dùng nam châm vĩnh cửu chuyên cấp nguồn cho bộ tự động điều chỉnh điện áp. 3.3 Thêm mạch cộng hưởng: Một bộ mồi từ đặc biệt được thiết kế kèm vào bộ điều chỉnh điện áp, đó là một mạch LC cộng hưởng ở tốc đô bằng 80% tốc độ định mức của máy phát. Khi khởi động, máy phát điện phải tăng tốc độ từ 0 đến định mức, đến giá trị 80% tốc độ định mức, bộ cộng hưởng làm việc, điện áp kích từ tăng vọt lên để máy phát lên điện. Vượt qua tốc độ này, mạch cộng hưởng mất tác dụng, còn bộ tự động điều chỉnh điện áp làm việc với chức năng ổn áp của mình. Ta có thể giải thích mạch điện này như ở hình 7.2: Hình 7.2: Mạch cộng hưởng dùng cho tự kích Một mạch LC nối tiếp, không cần thêm điện trở (vì bản thân trong cuộn kháng và tụ điện đã có điện trở bên trong). Cửa vào của mạch cộng hưởng là điện áp của máy phát do từ thông dư gây nên, cửa ra là điện áp trên tụ C, cấp cho cuộn kích từ trước chỉnh lưu. Ta biết rằng, trong mạch điện xoay chiều, cảm kháng của cuộn kháng tăng dần theo tần số, còn dung kháng của tụ điện lại giảm dần theo tần số, cho nên với mọi giá tri của L và C ta đều có thể chọn được tần số thích hợp để XL = XC. Ở 80% tần số định mức, ta chọn L và C theo biểu thức: với giá trị L và C chọn như thế, ở 40Hz trở kháng của chúng bằng nhau nên tổng trở Z của mạch chỉ còn lại điện trở nội của cuộn kháng và tụ điện mà thôi, tổng trở mạch cộng hưởng gần bằng 0. Dòng điện chạy trong mạch rất lớn, gây ra sụt áp trên cuộn cảm và tụ C rất lớn. Điện áp này được đưa vào cuộn kích từ tạo ra dòng kích từ 46 cực đai, tự kích thành công. Chú ý rằng biểu thức trên để tính giá trị của cuộn kháng và tụ điện, mà chưa nói đến công suất, cho nên trong thực tế ít ai dung cho các máy phát công suất bé vì nó khá cồng kềnh. Hơn nữa phải lấy điện áp mồi từ trên tụ điện mới ổn định và chọn giá tri C thích hợp mới có hiệu quả. Hình 7.3: Đồ thị véc tơ điện áp trên tụ C và mạch điện cải thiện tự kích, giảm điện trở mạch kích từ lúc khởi động. 3.3 Thêm mạch điện trở thấp lúc khởi động. Điện trở mạch kích từ do nhiều phần tử cấu thành như điện trở thuần, tụ điện, các tiếp giáp điện tử, . . .nên thường rất lớn, dẫn đến dòng kích từ quá nhỏ. Và không tự kích được. Khắc phục nhược điểm này, người ta làm một mạch điện phụ đấu song song với mạch điện chính và chỉ hoạt động lúc khởi động mà thôi. Nhiều người cho rằng đây là mạch mồi từ tự động, nhưng không phải, mồi từ phải có nguồn ngoài, ở đây dùng năng lượng bản thân chỉ giảm điện trở mạch đi thôi. Mạch điện một chiều có điện trở thấp đơn giản nhất là có 1 diod. Đem mạch vào làm việc hay cắt mạch ra nhờ 1 rơle điện áp có điện áp hút khoảng 80% điện áp định mức của máy phát. Tiếp điểm thường đóng của 1 rơ le này đóng mạch lúc máy phát chưa lên đủ điện và cắt mạch lúc máy phát đã lên điện. Mạch điện hỗ trợ giảm điện trở mạch kích từ đơn giản nhất như hình 7.3. Trong sơ đồ này, rơ le A nhận điện áp pha 220v. khi chưa lên điện thì cuộn dây chưa làm việc, tiếp điểm thường đóng cấp dòng kích từ thông qua diod theo luật cộng dòng điện. Khi đủ điện, rơ le A làm việc, cắt mạch điện trở thấp ra ngoài, bộ tự động kích từ TDKT hoạt động. Về nguyên lý chỉ đơn giản như thế, tuy nhiên khi áp dụng nguyên lý này, cần phải chú ý mấy điểm sau: Một là chọn điện áp hút của rơ le thấp hơn điện áp định mức khoảng 20-30% ( điều này hơi khó vì không có loại rơ le như thế, ta giải quyết bằng cách làm yếu lò xo phản kháng, mà không được bớt số vòng cuộn dây vì rơ le phải làm việc dài hạn với điện áp định mức), và nối tiếp nhiều tiếp điểm thường đóng để chắc chắn cắt được mạch điện khi máy phát đã lên đủ điện (nếu mạch điện này không cắt được sẽ gây sự cố hỏng máy phát). 4. Phục hồi từ dư cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ một pha Việc phục hồi từ dư cho máy phát điện là điều không cần thiết vì rằng nếu máy 47 phát chạy không lên điện thì ta mồi từ (đó là công việc nhẹ nhàng mà hiệu quả nhất), và sau khoảng vài giờ làm việc đủ tải thì nó sẽ có lại từ dư lại như cũ. (nếu như không có thao tác loại bỏ nó đi như đấu lại dây kích từ ngược với quyđịnh). Tuy nhiên, nếu muốn phục hồi từ dư mà không chạy máy thì ta làm như sau: Không chạy máy, cho dòng điện một chiều vào cuộn kích từ (giống như mồi từ) có giá trị khoảng từng nhịp, cấp điện khoảng 30sec, ngắt ra rồi cấp lại, làm máy lần là lại có từ dư. Vì mạch điện giống như mạch mồi từ nhưng điện áp cao hơn (khoảng 1,3 lần) mới có dòng lớn hơn như đã yêu cầu, nên có thể sử dụng mạch mồi từ với điều kiện là nâng điện áp mồi lên hoặc giảm điện trở hạn chế xuống. 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO - A.V. Ivanov Smolenski: Dịch Vũ Gia Hạnh, Phan Tử Thu – Máy điện (tập 2) – NXB Khoa học và kỹ thuật – 1992 - Trần Đức Lợi – Động cơ, mạch điều khiển và máy phát điện xoay chiều – NXB thống kê - 2001 - Đặng Văn Đào, Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng Thanh – Giáo trình máy điện: Sách dùng cho các trường đào tạo hệ trung học chuyên nghiệp – NXB Giáo dục - 2002