Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) được sử dụng để duy trì điện áp theo một đặc tính định trước và để phân phối phụ tải phản kháng giữa các nguồn cung cấp trong tình trạng làm việc bình thường của hệ thống điện.
Máy phát được đặc trưng bằng sức điện động EF và điện kháng XF (hình 11.5). Ap đầu cực máy phát được xác định theo biểu thức : Nếu EF = const, khi IF thay đổi thì UF thay đổi, để giữ UF = const thì phải thay đổi EF tức là thay đổi kích từ máy phát. Theo nguyên tắc tác động, thiết bị tự động điều chỉnh điện áp được chia thành 3 nhóm:
 Hình 11.5 : Sơ đồ thay thế và đồ thị véctơ điện áp của máy phát Đối với các máy phát điện dùng máy kích thích một chiều, các thiết bị điều chỉnh điện áp có thể chia thành 2 nhóm: a) Thay đổi kích từ máy phát nhờ thay đổi RKT trong mạch cuộn kích từ WKT của máy kích thích KT một cách từ từ nhờ con trượt (hình 11.6 a) hoặc nối tắt một phần RKT theo chu kỳ (hình 11.6 b). Hình 11.6 : Thay đổi kích từ máy phát nhờ thay đổi RKT b) Thay đổi kích từ máy phát nhờ dòng kích từ phụ IKTf tỷ lệ với U hoặc IF hoặc cả 2 đại lượng U và IF. Dòng kích từ phụ có thể đưa vào cuộn kích từ chính WKT (hình 11.7 a) hoặc cuộn kích từ phụ WKTf (hình 11.7 b) của máy kích thích. Hình 11.7 : Thay đổi kích từ máy phát nhờ dòng kích từ phụ
Thiết bị compun dòng điện tác động theo nhiễu dòng điện IF của máy phát. Sơ đồ cấu trúc của thiết bị compun kích từ máy phát như hình 11.8. Dòng thứ cấp I2 của BI tỷ lệ với dòng IF. Dòng này biến đổi qua máy biến áp trung gian BTG, được chỉnh lưu và được đưa vào cuộn kích từ WKT của máy kích thích. Dòng đã được chỉnh lưu IK gọi là dòng compun đi vào cuộn WKT cùng hướng với dòng IKT từ máy kích thích. Như vậy dòng tổng (IKT + IK) trong cuộn kích từ WKT của máy kích thích phụ thuộc vào dòng IF của máy phát. Biến áp BTG để cách ly mạch kích từ của máy kích thích với mạch thứ BI có điểm nối đất, ngoài ra nhờ chọn hệ số biến đổi thích hợp có thể phối hợp dòng thứ I2 của BI với dòng compun IK. Biến trở đặt Rđ để thay đổi một cách đều đặn dòng IK khi đưa thiết bị compun vào làm việc, cũng như khi tách nó ra. Hình 11.8 : Sơ đồ cấu trúc của thiết bị compun kích từ máy phát Hình 11.9 : Đặc tính thay đổi điện áp UF của máy phát ứng với các cos khác nhau
Hình 11.10 : Sơ đồ cấu trúc của correctơ điện áp
Correctơ điện áp là thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động theo độ lệch điện áp, thường được dùng kết hợp với thiết bị compun kích từ để điều chỉnh điện áp ở đầu cực máy phát một cách hiệu quả. Hình 11.10 là sơ đồ cấu trúc của correctơ điện áp, trong đó bao gồm: bộ phận đo lường ĐL và bộ phận khuyếch đại KĐ. Bộ phận đo lường ĐL nối với máy biến điện áp BU qua tự ngẫu đặt TNĐ. Khi điện áp thay đổi, bộ phận đo lường ĐL sẽ phản ứng và điều khiển sự làm việc của bộ phận khuyếch đại KĐ. Tự ngẫu đặt TNĐ để thay đổi mức điện áp máy phát cần phải duy trì bởi correctơ. Bộ phận khuyếch đại KĐ cũng được cung cấp từ BU và đưa dòng correctơ đã được chỉnh lưu IC vào cuộn kích từ phụ WKTf của máy kích thích. Dòng IC đi qua cuộn kích từ phụ cùng hướng với dòng trong cuộn kích từ chính WKT của máy kích thích. Bộ phận đo lường gồm 2 phần tử (hình 11.11a): phần tử tuyến tính TT và phần tử không tuyến tính KTT. Phần tử tuyến tính TT tạo nên dòng điện tuyến tính ITT tỷ lệ với điện áp UF của máy phát, phần tử không tuyến tính KTT tạo nên dòng điện IKTT phụ thuộc một cách không tuyến tính vào điện áp UF của máy phát (hình 11.11b). Hình 11.11 : Bộ phận đo lường a) Sơ đồ khối chức năng b) Đặc tính quan hệ của dòng ITT và IKTT với áp đầu vào Bộ phận đo lường làm việc theo nguyên tắc so sánh dòng ITT và IKTT. Từ đặc tính trên hình 11.11b ta thấy rằng: khi UF = U0 (U0 là một điện áp xác định trên thanh góp nối máy phát), dòng ITT = IKTT, lúc ấy sẽ có dòng ICmin nhỏ nhất đưa ra từ correctơ. Khi UF giảm, ví dụ giảm đến U1 thì ITT > IKTT và tín hiệu từ bộ phận đo lường ĐL sẽ điều khiển bộ phận khuyếch đại KĐ làm tăng dòng IC đưa vào cuộn kích từ phụ WKTf của máy kích thích để tăng UF lên. Khi điện áp UF tăng, ví dụ tăng tới U2 thì IKTT > ITT, lúc này cũng xuất hiện dòng IC > ICmin làm tăng UF thêm nữa. Để ngăn ngừa correctơ tác động không đúng như vậy, trong sơ đồ của correctơ có bố trí một phần tử khóa khi IKTT>ITT. Đặc tính của correctơ là quan hệ giữa dòng IC với điện áp trên thanh góp nối máy phát như hình 11.12. Điểm a, tương ứng với khi IC = IC max, xác đinh khả năng tăng cường kích từ lớn nhất có thể đảm bảo bởi correctơ. Dòng IC min tại điểm d xác định khả năng giảm kích từ thấp nhất khi UF tăng. Sự giảm thấp của đặc tính ở đoạn ac là do điện áp nguồn cung cấp cho correctơ bị giảm thấp cùng với sự giảm thấp UF. Đoạn de nằm ngang do tác dụng của phần tử khóa khi IKTT > ITT.
Ở những máy phát thủy điện công suất lớn, người ta dùng correctơ 2 hệ thống (hình 11.13a) bao gồm 2 correctơ một hệ thống. Một hệ thống là correctơ thuận đưa dòng vào cuộn WKTf1 thuận chiều với dòng trong cuộn WKT . Hệ thống thứ 2 là correctơ nghịch đưa dòng vào cuộn WKTf2 theo hướng ngược lại. Đặc tính của correctơ 2 hệ thống (hình 11.13b) được lựa chọn thế nào để khi UF giảm thì correctơ thuận làm việc, còn khi UF tăng thì correctơ nghịch làm việc. Hình 11.13 : Sơ đồ nguyên lí của correctơ 2 hệ thống CP : thiết bị compun TNĐ : tự ngẫu đặt a) Sơ đồ nối b) Đặc tính của correctơ
Phần tử chính của compun pha là một máy biến áp đặc biệt có từ hóa phụ BTP (hình 11.14). Trên lõi của BTP bố trí 2 cuộn sơ cấp (cuộn dòng WI và cuộn áp WU), một cuộn thứ cấp WT và một cuộn từ hóa phụ WP. Từ thông của cuộn WI tỷ lệ IF, còn của cuộn WU tỷ lệ UF. Do đó, dòng trong cuộn WK tỷ lệ với tổng các thành phần này. Dòng này được chỉnh lưu và đưa vào cuộn kích từ của máy kích thích. Như vậy, compun pha thực hiện việc điều chỉnh kích từ máy phát không chỉ theo dòng điện, mà còn theo điện áp và góc lệch pha giữa chúng. Nhờ đó đảm bảo hiệu quả điều chỉnh cao. Tuy nhiên compun pha là một thiết bị tác động theo nhiễu nên không thể giữ không đổi điện áp của máy phát, do đó cần có hiệu chỉnh phụ. Việc hiệu chỉnh điện áp được thực hiện nhờ correctơ cung cấp dòng IC cho cuộn từ hóa phụ WP của BTP. Hình 11.14 : Sơ đồ cấu trúc của comun pha |
