Báo cáo nguyên lý cơ bản, phương trình từ thông, tự cảm, hỗ trợ biến đổi pack

MÔN HỌC: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
ĐỀ TÀI:
NGUYÊN LÝ CƠ BẢN, PHƯƠNG TRÌNH TỪ THÔNG, TỰ CẢM,
HỖ CẢM, BIẾN ĐỔI PARK .
GVHD: TS. VÕ VIẾT CƯỜNG
HVTH : NGUYỄN PHÚ CẦN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
NGÀNH THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐiỆN

LÝ DO THỰC HIỆN BÁO CÁO

Trong một số trường hợp xảy ra tức thời: như ngắn
mạch đầu cực máy phát,.v.v. thì mô hình trạng thái
ổn định sẽ trả về kết quả không chính xác.

Yêu cầu đặt ra: cần có mô hình hoá đúng trong
những trường hợp này.

Giải pháp thực hiện: trên giả thuyết quan điểm về
dòng điện để phát triển mô hình hoá máy phát là
nội dung sẽ trình bày.

MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG
1. MỤC TIÊU:
-
Nắm được cơ bản về nguyên lý biến đổi năng lượng
trong máy điện.
-
Nắm được các ma trận, biểu thức toán về quan hệ tự
cảm, hỗ cảm, từ thông, biến đổi Park cơ bản và ý

nghĩa.
2. NỘI DUNG:
-
Phần I: Nguyên lý biến đổi năng lượng
-
Phần II: Ứng dụng trong máy phát điện đồng bộ
-
Phần III: Biến đổi của nhà Bác học Mỹ Park.
3. GiỚI HẠN CỦA BÁO CÁO:
- Chỉ xem xét với máy phát điện đồng bộ.

NGUYÊN LÝ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG
Mô hình xem xét như sau:
* Rotor quay với góc
* L=L( )
I.1 Quan hệ từ thông, góc
quay
và dòng điện:
(1.1)
Trong đó:
- λ, i: là 4 vector cột.
- L: là ma trận cấp 4.

θ
θ
θ
( )
λ=L θ i

NGUYÊN LÝ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG

I.2 Quan hệ dòng, áp và từ thông như sau:
(1.2)
Trong đó:
- v: là 4 vector (cột).
I.3 Sự biến đổi năng lượng điện tức thời
(1.3)
Hoặc:
( )
( )
dLθ
dλ di
v=Ri+ =Ri+Lθ + i
dt dt dt
( )
( )
L
i
i i i i i
T T T T
d
d
p v R L i
dt dt
θ
θ
= = + +
( )
L
1
i Ri i i

2
mag
T T
dW
d
p
dt dt
θ
= + +

NGUYÊN LÝ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG
Trong đó:
- : năng lượng cung cấp tạo ra từ trường.
Tóm lại: Năng lượng điện sẽ bằng tổng các dạng biến đổi
sau:
-
Năng lượng tiêu hao trên điện trở.
-
Năng lượng cung cấp tạo ra từ trường.
-
Năng lượng chuyển đổi thành dạng cơ.
( )
1
i L i
2
T
mag
W
θ
=

NGUYÊN LÝ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG
I.4 Phương trình moment cơ
(1.4)
: moment điện do sự tương tác của từ
trường
Trong đó:
-
T: lần lượt là moment điện và moment cơ.
-
J: moment quán tính của rotor.
-
D: ma sát tuyến tính
( )
L
1
i i=T
2
T
M
d
J D
d
θ
θ θ
θ
+ −
( )
L
1

i i
2
T
E
d
T
d
θ
θ
=

ỨNG DỤNG TRONG MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ
Máy có 3 dây quấn trên Stator, cuộn dây kích từ trên Rotor và hai cuộn dây ngang
Máy có 3 dây quấn trên Stator, cuộn dây kích từ trên Rotor và hai cuộn dây ngang
và dọc trục trên Rotor.
và dọc trục trên Rotor.

ỨNG DỤNG TRONG MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ
II.1 Quan hệ từ thông, dòng và áp trên stator
Trong đó:
- v,R,i,λ: lần lượt là các ma trận ( hoặc vector) áp, trở,
dòng và từ thông
a'a a aa'
b'b b bb'
c'c c cc'
FF' F F FF'
DD' D D DD'
QQ' Q Q QQ'
v r iλ
v r 0 iλ

v r iλ
d dλ
= × + =Ri+
v r iλ
dt dt
v 0 r iλ
v r iλ
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       

Bằng cách đặt như sau:
Phương trình có thể viết lại:
ỨNG DỤNG TRONG MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ
a
b
c
F
D
Q
v
v
v

v
v
v
v
 
 
 
 
 
−
 
 
−
 
−
 
 
@
- -
d
v Ri
dt
λ
=

II.2 Quan hệ tự cảm trên cuộn stator
ỨNG DỤNG TRONG MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ
'
'
2

cos 2
3
cc
cc s m
c
L L L
i
λ
π
θ
 
= = + +
 ÷
 
'
cos2
aa
aa s m
a
L L L
i
λ
θ
= = +
'
'
2
cos2
3
bb

bb s m
b
L L L
i
λ
π
θ
 
= = + −
 ÷
 
0
s m
L L> ≥
-


Laa’
Laa’ lớn nhất tại θ = 0 hay П.
-


Lbb’
Lbb’ lớn nhất tại θ = 2П/3.
-


Lcc’
Lcc’ lớn nhất tại θ = - 2П/3.

Chú ý rằng:
Với Rotor cực ẩn
Laa’
Laa’(θ)
=
=
Ls
Ls là hằng số

II.3 Quan hệ hỗ cảm giữa các cuộn stator
ỨNG DỤNG TRONG MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ
'
cos 2
6
aa
ab s m
b
L M L
i
λ
π
θ
 
 
= = − + +
 ÷
 
 
 
0

s m
M L> ≥
'
cos 2
2
bb
bc s m
c
L M L
i
λ
π
θ
 
 
= = − + −
 ÷
 
 
 
'
5
cos 2
6
cc
ca s m
a
L M L
i
λ

π
θ
 
 
= = − + +
 ÷
 
 
 
Trường hợp Rotor cực ẩn thì Lm.*= 0
Trường hợp Rotor cực ẩn thì Lm.*= 0

II.4 Ma trận điện cảm
ỨNG DỤNG TRONG MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ
( )
( ) ( )
( ) ( )
11 12
21 22
Lθ L θ
Lθ =
Lθ L θ
 
 
 
11
5
cos 2 cos2 cos2
6 6
2

cos2 cos2 cos 2
6 3 2
5 2
cos2 cos2 cos2
6 2 3
s m s m s m
s m s m s m
s m s m s m
L L M L M L
L M L L L M L
M L M L L L
π π
θ θ θ
π π π
θ θ θ
π π π
θ θ θ
 
   
+ − − + − − +
 ÷  ÷
 
   
 
 
     
= − − + + − − − −
 
 ÷  ÷  ÷
     

 
 
     
− − + − − − + +
 
 ÷  ÷  ÷
     
 

Phương trình chung
ỨNG DỤNG TRONG MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ
12 21
cos cos cos
2 2 2
cos cos sin
3 3 3
2 2 2
cos cos sin
3 3 3
F Q
F D Q
F D Q
D
M M M
L L M M M
M M M
θ θ θ
π π π
θ θ θ
π π π

θ θ θ
 
 
 
 
     
= = − − −
 
 ÷  ÷  ÷
     
 
 
     
+ + +
 
 ÷  ÷  ÷
     
 
22
0
0
0 0
F R
R D
Q
L M
L M L
L
 
 

=
 
 
 
( )
( )
- - -
dL
di
v Ri i L
dt dt
θ
θ
=

MỘT VÀI VẤN ĐỀ VỀ BIẾN ĐỔI PARK
III.1 Quan hệ dòng, áp, từ thông theo ma trận P
( )
( )
0
1 1 1
2 2 2
2 2 2
cos cos cos
3 3 3
2 2
sin sin sin
3 3
a
d b

q c
i i
i i
i i
π π
θ θ θ
π π
θ θ θ
 
 
 
 
 
 
 
   
 
= − + ×
 
 ÷  ÷
 
 
   
 
 
 
 
 
 
   

− +
 
 ÷  ÷
   
 
0dq abc
i Pi=
0dq abc
v Pv=
0dq abc
P
λ λ
=

MỘT VÀI VẤN ĐỀ VỀ BIẾN ĐỔI PARK
III.2 Một số ma trận tiêu biểu
0
B
0
i Bi
0 1
a
d b
q c
F F
D D
Q Q
i i
i i
i i

P
i i
i i
i i
   
   
   
   
 
   
 
− − − − − −
= − − − =
   
 
   
 
 
   
   
   
   
@
1
1
cos sin
2
2 1 2 2
cos sin
3 3 3

2
1 2 2
cos sin
3 3
2
T
P P
θ θ
π π
θ θ
π π
θ θ
−
 
 
 
 
   
= = − −
 
 ÷  ÷
   
 
 
   
+ +
 
 ÷  ÷
   
 

B
B
v v=
B
B
λ λ
=
11 12
11 12
21 22
21 22
L L
P 0
PL P PL
P 0
L
L L
0 1
L P L
0 1
T
T
B
T
 
 
 
 
= =
 

 
 
 
 
 
 
 

MỘT VÀI VẤN ĐỀ VỀ BIẾN ĐỔI PARK
0
11
0 0
PL P 0 0
0 0
T
d
q
L
L
L
 
 
=
 
 
 
0
2
s s
L L M−@

3
2
d s s m
L L M L+ +@
3
2
q s s m
L L M L+ −@

Ta thấy ma trận L
B
thì đơn giản, đối xứng, bất biến
MỘT VÀI VẤN ĐỀ VỀ BIẾN ĐỔI PARK
0
0 0 0 0 0
0 0 0
0 0 0 0
L
0 0 0
0 0 0
0 0 0 0
d F D
q Q
B
F F R
D R D
Q Q
L
L kM kM
L kM

kM L M
kM M L
kM L
 
 
 
 
 
− − − − − − −
=
 
 
 
 
 
 

Kết luận
-
Biểu diễn qua các biến có thể mô tả đầy đủ QTQĐ trong
máy phát điện bằng hệ số hằng.
-
Các hệ số đều xác định được bằng kết cầu của máy điện
( điện cảm dọc, ngang trục…).
-
Có thể giải tích được đối với những lưới điện đơn giản.
-
Các giá trị điện cảm phụ thuộc góc quay của rotor.
-
Các thông số dòng, áp, từ thông, moment được mô tả

đầy đủ qua các phương trình toán học.
-
Dòng abc chuyển về dòng 0dq qua phương trình Park.

CẢM ƠN SỰ LẮNG NGHE, GÓP Ý CỦA THẦY VÀ CÁC ANH CHỊ!
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
NGÀNH THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐiỆN