THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG KÍCH TỪ

1. Sơ lược về máy phát và hệ thống kích từ

Trong nhà máy điện nói chung nhà máy thủy điện nói riêng hệ thống Kích Từ vô cùng quan trọng. Điều tốc điều chỉnh lưu lượng nước qua Tuabin giúp máy phát quay đúng tốc độ, công suất. Còn kích từ làm nhiệm vụ kích thích và tạo ra điện đầu cực của máy phát. Chính vì vậy trong nhà máy có thể nói ngoài TuaBin và Máy Phát ra thì Kích Từ là thành phần quan trọng xếp thứ 2.

2. Phân loại tính chất kích từ theo công suất

Các máy phát điện được thiết kế khác nhau theo công suất và yêu cầu chế tạo cũng như chi phí đầu tư.

Máy phát điện có công suất càng lớn thì yêu cầu công suất Kích Từ phải càng lớn. Dòng điện Kích Từ và điện áp Kích Từ càng cao và ngược lại. Các tổ máy có công suất chế tạo nhỏ hơn thì dòng kích từ và công suất kích từ cũng nhỏ hơn, kết cấu đơn giản hơn.

Vị trí lắp đặt điểm đấu nối Kích Từ cũng như đầu cực của máy phát cũng thường không giống nhau. Tùy theo nhà sản xuất và yêu cầu của người sửa dụng, lắp đặt.

Nhìn chung có thể chia hệ thống kích từ của máy phát thủy điện ra làm hai loại:

• • Kích từ quay, kích từ không chổi than. Với loại này nhà sản xuất sẽ phải tích hợp thêm máy phát phụ lắp trên trục Rotor hoặc nối đồng trụng với trục của máy phát chính, để tăng dòng kích từ thay vì dùng dòng điện Điện kích từ lớn kích trực tiếp vào Rotor.

  • Kích từ tĩnh, là loại sử dụng chổi than và vành góp. Chổi than là thành phần đứng yên còn Vành Góp là thành phần quay lắp trên trục Rotor. Dòng kích từ được kích trực tiếp vào Rotor của máy phát thông qua các Chổi Than và Vành Góp.

Mỗi loại hệ thống kích từ nêu trên đều có ưu và nhược điểm của riêng. Tùy vào yêu cầu, nhu cầu mà người dùng có thể đặt hàng nhà sản xuất. Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu thêm vào các hệ thống kích từ.

3. Hệ thống Kích Từ tĩnh ( Brush Excitation System )

3.1 Sự khác biệt Kích Từ tĩnh

Hệ thống Kích Từ tĩnh là hệ thống máy dòng điện Kích Từ của máy phát phải đưa trực tiếp vào Rotor. Dòng điện này sẽ lớn hơn rất nhiều lần so với loại máy Kích Từ không có chổi than.

3.2 Ưu và nhược điểm

Ưu điểm: Máy phát được thiết kế đơn giản, nếu bị hỏng hóc chi phí sửa chữa rẻ tiền.

Nhược điểm: Do sử dụng chổi than nên trong quá trình chạy máy thường có bụi chổi than mòn rơi ra. Người vận hành phải định kỳ vệ sinh lau bụi chổi than. Định kỳ khoảng 6-9 tháng sẽ phải thay chổi than một lần do bị mòn. Do phải kích từ dòng điện lớn hơn nên hệ thống kích từ bên ngoài cũng phức tạp hơn. Sau một thời gian sử dụng 5-7 năm các vành góp sẽ dần bị mòn dần và cần phải xử lý để đảm bảo độ nhẵn tăng khả năng tiếp xúc và giảm sự hao mòn chổi than.

3.3 Vị trí máy phát kích từ phụ

Các hãng khác nhau thường chế tạo, bố trí, chi tiết các thành phần chức năng của các khối ở các vị trí khác nhau. Nhưng đặc điểm chung của các máy này là sử dụng dòng Kích Từ  trực tiếp từ bên ngoài vào. Cuộn dây Rotor của máy phát sẽ kết nối ra vành góp nơi mà các chổi than kết nối vào. Thông qua vành trượt này dòng điện từ bên ngoài sẽ truyền trực tiếp vào Rotor. Chổi than và vành góp là bộ phận kết nối thành phần quay và thành phần đứng yên.

3.4 Nguyên lý hoạt động

Người vận sử dụng BỘ ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ kết hợp với các phần tử công suất đưa dòng điện một chiểu lớn, công suất lớn cấp trực tiếp vào cuộn dây Rotor của máy phát chính. Lúc này Rotor của máy phát chính sẽ được cung cấp một dòng điện Kích Từ lớn từ đó tạo ra điện áp ra Stator và chúng ta đã có điện ở đầu cực của máy phát.

4. Hệ thống Kích Từ không chổi than ( Brushless Excitation System ):

4.1 Sự khác biệt hệ thống Kích Từ không chổi than

Hệ thống kích từ không chổi than về tổng quan hình dạng và kết cấu, công nghệ thì sẽ phức tạp hơn loại máy phát điện sử dụng Kích Từ tĩnh có chổi than. Do nhà sản xuất phải lắp thêm một máy phát điện phụ đồng trục Rotor máy phát điện chính để lấy dòng điện kích từ vào Rotor của máy phát chính. Máy phát phụ sẽ được lắp trên trục của Rotor máy phát điện chính hoặc máy phát phụ nằm bên ngoài và gắn đồng tâm trục của máy phát chính. Khi Rotor của máy phát chính quay thì Rotor của máy phát phụ cũng quay đồng thơi và sử dụng dòng điện tạo ra từ máy phát phụ này Kích Từ cho máy phát chính hoạt động.

4.2 Ưu và nhược điểm 

Nhược điểm: Do cấu tạo của Kích Từ không chổi than ở trên nên tổng thành giá thành của máy phát điện sẽ cao hơn so với loại Kích Từ có chổi than. Ngoài ra, trong quá trình sử dụng nếu máy kích từ phụ bị hỏng phần Diode chỉnh lưu sẽ phải thay thế phức tạp, đặc biệt là nếu máy phát phụ bị hỏng thì chi phí thay thế vô cùng tốn kém, mất nhiều thời gian phải dừng máy mà không có biện pháp nào khắc phục nhanh, dẫn đến ảnh hưởng doanh thu rất nghiêm trọng.

Ưu điểm:  Dù có một số nhược điểm trên nhưng có lợi một số ưu điểm. Do dòng kích từ đưa vào máy phát phụ không đáng kể nên hệ thống điều khiển kích từ cấu tạo đơn giản, từ đó giá thành rẻ hơn. Trong quá trình hoạt động không sử dụng chổi than nên giảm chi phí hao mòn chổi than, không bị bụi chổi than rơi ra làm bẩn môi trường xung quang, cũng như rơi vào trong máy phát làm giảm chất lượng của máy phát.

4.3 Vị trí máy phát kích từ phụ trong hệ thống kích từ thủy điện

Các hãng khác nhau thường chế tạo và bố trí các bộ phận và chi tiết các thành phần chức năng của các khối ở các vị trí khác nhau. Nhưng đặc điểm chung của các máy này là dòng điện Kích Từ cho máy phát điện sẽ không được cung cấp trực tiếp từ bên ngoài vào như loại Kích Từ tĩnh mà được cung cấp thông qua một máy phát điện phụ hay còn gọi là máy Kích Từ phụ cho máy phát chính.

4.4 Nguyên lý hoạt động kích từ thủy điện

Đầu tiên người vận sử dụng BỘ ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ kết hợp với các phần tử công suất đưa một dòng điện một chiểu nhỏ, công suất nhỏ cấp vào cuộn dây Stator của máy phát phụ. Lúc này Rotor của máy phát phụ sẽ cảm ứng sinh ra dòng điện AC có công suất và Dòng điện lớn hơn rất nhiều so với dòng điện đưa vào Kích Thích của cuộn dây của Stator máy phát phụ. Dòng điện AC trong cuộn dây của Rotor máy phát phụ sinh ra sẽ được đưa vào cầu Diode chỉnh lưu rồi nối vào cuộn dây Rotor của máy phát chính. Lúc này Rotor của máy phát chính sẽ được cung cấp một dòng điện Kích Từ lớn từ đó tạo ra điện áp ra Stator và chúng ta đã có điện ở đầu cực của máy phát.