VCM 2012 10 Tìm tốc độ góc của rotor máy phát dị bộ nguồn kép để hiệu suất chuyển đổi năng lượng trong hệ thống phát điện đồng trục trên tầu thủy đạt cực đại Caculating the angular speed of the doublyfed induction machine rotor to maximize the energy co

60 Nguyễn Trọng Thắng, Thân Ngọc Hoàn

VCM2012
Tìm tốc độ góc của rotor máy phát dị bộ nguồn kép để
hiệu suất chuyển đổi năng lượng trong hệ thống phát điện
đồng trục trên tầu thủy đạt cực đại
Caculating the angular speed of the doubly-fed induction
machine rotor to maximize the energy conversion efficiency in
shaft generators on shipboards
ThS Nguyễn Trọng Thắng
Đại học Dân lập Hải Phòng, e-Mail:
GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn
Đại học Dân lập Hải Phòng, e-Mail:

Tóm tắt
Bài báo trình bầy cách tìm tốc độ góc tối ưu của rotor DFIG để hiệu suất biến đổi từ cơ năng của máy chính
sang điện năng của hệ thống phát điện đồng trục trên tầu thủy là cao nhất. Trên cơ sở đó có giải pháp thiết kế
hệ thống truyền chuyển động giữa máy chính và rotor của DFIG với tỉ số tuyền hợp lý để nhiên liệu tiêu hao
cho sản suất một đơn vị điện năng của hệ thống phát điện đồng trục sử dụng DFIG là thấp nhất, góp phần quan
trọng trong vấn đề tiết kiệm chi phí vận hành trên tầu thủy.
Abstract:
This paper presents the method of caculating optimum angular speed of DFIG rotor so that the conversion
efficiency from mechanical engergy into electrical energy in shaft generators on shipboards is maximal.
Hence, the transmission system between the main engine and DFIG rotor with the reasonable ratio of
transmission is designed in order that the consumption of fuel for producing one electrical unit in shaft
generators used DFIG is minimum, which plays an important role in saving operating costs on shipboards.

Ký hiệu
Ký hi
ệu

Đơn v
ị

Ý ngh
ĩa





rs
UU ,

V

Véc tơ điện áp stato, rotor




rs

,

Wb

Véc tơ từ thông stato, rotor
sqsd

,

Wb

Thành ph
ần từ thông dọc
trục, ngang trục của stato
trên tọa độ dq
rqrd

,

Wb

Thành ph
ần từ thông dọc
trục, ngang trục của rotor
trên tọa độ dq
rs

,

rad/s

v
ận tốc góc
m
ạch
stator,
rotor


rad/s

vận tốc góc rotor
sqsd
UU ,

V

Thành ph
ần điện áp dọc
trục, ngang trục của stato
trên tọa độ dq
rqrd
UU ,

V

Thành ph
ần điện áp dọc
trục, ngang trục của rotor
trên tọa độ dq tọa độ dq
sqsd
II ,

A

Thành ph
ần d
òng

đi
ện dọc
trục,ngang trục của stato
trên tọa độ dq
rqrd
II ,

A

Thành ph
ần d
òng
đ
i
ện dọc
trục, ngang trục của rotor
trên tọa độ dq
rs
IL ,

H

Điện cảm stato, rotor
sr
M

H

Hỗ cảm giữa stato và rotor
rs

RR ,

Ω

Điện trở stato, rotor
p


Toán t
ử laplace

Chữ viết tắt
DFIG Máy điện dị bộ nguồn kép

Phần mở đầu
Trên tầu thủy, trạm phát điện luôn được nghiên
cứu để có khả năng khai thác tối ưu với mục đích
giảm tiêu hao năng lượng, vì vậy, với các tàu trọng
tải lớn, trạm phát thường được thiết kế có các máy
phát đồng trục cùng làm việc với các cụm diesel –
generator (DG) [2]. Trong các hệ thống máy phát
đồng trục thì hệ thống sử dụng máy điện dị bộ
rotor dây quấn làm việc trong chế độ máy phát cấp
nguồn từ hai phía (DFIG: Doubly – Fed Induction
Generator) có ưu điểm nổi bật là stator của DFIG
Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 61


Mã bài: 15
được nối trực tiếp với lưới điện, còn rotor nối với

lưới qua thiết bị điện tử công suất điều khiển được
với công suất thiết bị điều khiển nhỏ hơn nhiều
công suất máy phát [4].
Với hành trình trên biển của tầu thủy, tốc độ máy
chính thường ổn định với sai số trong phạm vi
nhất định[2]. Vì vậy, ta có thể thiết kế hệ thống
truyền chuyển động giữa máy chính và rotor của
DFIG với tỉ số truyền hợp lý sao cho tốc độ góc
của rotor DFIG đạt giá trị phù hợp để hiệu suất
chuyển đổi cơ năng sang điện năng cao nhất, giảm
chi phí nhiên liệu cho sản suất một đơn vị điện
năng trong hệ thống phát điện đồng trục sử dụng
DFIG.
Một số công trình trong nước [6] và trên thế giới
[7] đã có những thành công nhất định trong việc
điều khiển DFIG cho hệ thống phát điện đồng trục
trên tầu thủy, tuy nhiên chưa có công trình nào
nghiên cứu tìm tốc độ góc quay của rotor DFIG để
hiệu suất chuyển đổi năng lượng là lớn nhất. Bài
báo này trình bầy cách tìm tốc độ góc của rotor
DFIG để hiệu suất chuyển đổi cơ năng từ máy
chính sang điện năng của máy phát đồng trục là
lớn nhất, trên cơ sở đó có thiết kế tỉ số truyền
chuyển động giữa máy chính và rotor của DFIG
hợp lý.
2. Vai trò, cách vận hành và nguyên lý hoạt
động của DFIG trong hệ thống năng lượng tầu
thủy
2.1 Vai trò của DFIG
Trạm phát tàu thủy gồm có trạm phát chính và

trạm phát sự cố. Trạm phát điện chính ngoài các
các cụm tổ hợp phát điện diesel – generator (DG),
còn sử dụng các máy phát đồng trục (Shaft
Genarator - SG). Các cụm DG về cơ bản đã cung
cấp đủ năng lượng cho các tải tiêu thụ điện trên
tầu. Vì vậy, DFIG sử dụng trong máy phát đồng
trục có vai trò nổi bật sau:
 Giảm chi phí sản suất điện năng trên tầu thủy vì
giá thành sản xuất 1KWh điện năng bằng hệ
thống phát đồng trục thấp hơn khoảng 50% so
với các cụm tổ hợp DG.
 Cải thiện môi trường làm việc của thuyền viên
ở dưới buồng máy vì nguồn gây ra tiếng ồn có
cường độ lớn và gia tăng nhiệt độ trên tàu thuỷ
chủ yếu là động cơ diesel cao tốc của hệ thống
phát điện sẽ được nghỉ khi máy phát đồng trục
làm việc.
 Giảm công sức vận hành khai thác, sửa chữa,
bảo trì, tăng tuổi thọ cho các cụm DG.
2.2 Cách vận hành
Trong hành trình ổn định trên biển, ta mới đưa
máy phát đồng trục vào hoạt động. Quá trình vận
hành DFIG trong máy phát đồng trục gồm 2 khâu
chính sau:
2.2.1 Khởi động DFIG và đưa vào lưới cấp điện
Thao tác gồm 6 bước:
 Bước 1: Chuẩn bị DFIG
 Bước 2: Đóng ly hợp đưa DFIG vào quay cùng
ME
 Bước 3: Chờ ổn định, thay đổi kích từ ( điều

khiển từ rotor) để DFIG phát điện
 Bước 4: Chọn thời điểm và thao tác hòa DFIG
với lưới, có thể thực hiện hòa tự động nếu hệ
có thiết kế các bộ điều khiển hòa tự động
 Bước 5: Chờ ổn định, thao tác chuyển tải từ
DG trên lưới sang cho DFIG (có thể thực hiện
bằng tay, tự động)
 Bước 6: Khi DFIG nhận toàn tải thì cắt DG của
trạm phát ra khỏi lưới, cho DG dừng máy,
DFIG hoạt động độc lập. Việc điều chỉnh theo
tải để giữ điện áp và tần số cố định trên lưới
thực hiện tự động theo sự thay đổi tải.
2.2.2 Điều khiển cho DFIG dừng
Thao tác gồm 6 bước:
 Bước 1: Khởi động DG của trạm phát
 Bước 2. Hòa DG vào lưới
 Bước 3. Chuyển tải từ DFIG sang cho DG
 Bước 4. Cắt ACB của DFIG khi máy chạy
không tải, DFIG được đưa ra khỏi lưới
 Bước 5: Giảm kích từ cho diện áp của máy về 0
 Bước 6. Tách ly hợp cho DFIG nghỉ.


2.3 Nguyên lý hoạt động
H.1 Cấu trúc hệ thống phát điện sử dụng DFIG
Máy điện dị bộ nguồn kép (DFIG) có cuộn dây
stator được nối trực tiếp với lưới điện ba pha, cuộn
dây phía rotor được nối với hệ thống biến tần có
khả năng điều khiển dòng năng lượng đi theo hai
chiều. Hệ thống có khả năng hoạt động với hệ số

trượt trong một phạm vi khá rộng, cho phép tận
dụng tốt nguồn năng lượng được lai bởi máy
chính(ME), nó có thể hoạt động ở một dải rộng đó
là làm việc ở hai chế độ trên hoặc dưới đồng bộ. Ở
hai chế độ đó máy đều cung cấp năng lượng lên
62 Nguyễn Trọng Thắng, Thân Ngọc Hoàn


VCM2012
lưới ở phía stato. Ở phía rotor, máy lấy năng lượng
từ lưới ở chế độ dưới đồng bộ và hoàn năng lượng
trở lại lưới ở chế độ trên đồng bộ[4].

3. Mô hình toán hệ thống
Theo [1] phương trình tổng quát cho mạch stato và
mạch rotor của máy điện dị bộ ở hệ trục không
chuyển động (hệ trục pha) như sau:
     
)1(





































sC
sB
sA
sC
sB

sA
ss
sC
sB
sA
s
dt
d
I
I
I
R
dt
d
IR
U
U
U
U
     
)2(





































rC
rB
rA

rC
rB
rA
rr
rC
rB
rA
r
dt
d
I
I
I
R
dt
d
IR
U
U
U
U
Trong đó :
U
sA
, U
sB
, U
sC
- điện áp pha của lưới đặt vào stato;
U

rA
, U
rB
, U
rC
- điện áp pha trên vành trượt của
rotor .
Từ thông có thể viết dưới dạng :
   
)3(
I
I
I
M
I
I
I
L
rC
rB
rA
msr
sC
sB
sA
ss
sC
sB
sA





































và
   
)4(




































rC
rB
rA
rr
sC
sB
sA
mrs
rC
rB
rA
I
I
I
L
I
I
I

M
Các ma trận [L
ss
], [L
rr
], [M
sr
], [M
rs
] có giá trị như
sau:
   























rrr
rrr
rrr
rr
sss
sss
sss
ss
LMM
MLM
MML
L
LMM
MLM
MML
L ;

   












CCrCBrCAr
BCrBBrBAr
ACrABrAAr
msrmrs
MMM
MLM
MMM
MM





































cos)
3
2
()
3
2
cos(
)
3
2
cos(cos)
3
2

cos(
)
3
2
()
3
2
cos(cos
osc
osc
M
sr

Trong đó : L
s
, L
r
- độ tự cảm stato và rotor;
M
s
, M
r
- độ cảm ứng tương hỗ giữa 2 pha stato,
giữa 2 pha của rotor;
M
sr
- độ cảm ứng tương hỗ giữa stato và rotor;
 - góc giữa các cực từ cùng tên của stato và rotor.
Chuyển sang hệ ở hệ trục quay tựa theo điện áp
lưới dq theo [1] ta có :

)5(
sdsdsssqsd
UIRpp 

)6(
sqsqsssdsq
UIRpp 

)7()(
rdrdrsrqrd
UIRpp








)8()(
rqrqrsrdrq
UIRpp 

)9(
rdsrsdssd
IMIL 
)10(
rqsrsqssq
IMIL 
)11(

rdrsdsrrd
ILIM 
)12(
rqrsqsrrq
ILIM 
(
s

là góc giữa trục tọa độ dq và trục tọa độ αβ)


H.2 Véc tơ dòng điện và điện áp stato trên
tọa độ tựa theo điện áp lưới

4. Khảo sát các thành phần công suất hệ thống
Ta khảo sát hệ thống trên tọa độ tựa theo điện áp
lưới tức là U
sd
=const; U
sq
=0. Để đơn giản, ta chỉ
xét hệ thống phát điện cung cấp ra lưới điện công
suất công suất tác dụng P, còn công suất phản
kháng Q=0. Tức là hệ thống phát điện chỉ cung
cấp ra lưới dòng I
sd
còn I
sq
=0.
Viết lại phương trình các thành phần điện áp stato

(5,6) ở tọa độ dq trên cơ sở coi các thành phần từ
thông không đổi (hay biến thiên chậm) và điện áp
rơi trên R
s
bằng 0 có:

),13(
.
ba
sd
ssq
U
sqs
sd
U









V
ì
sd
U
=const;
sq

U
=0 =>
),14(
/
0
ba
constU
ssdLsq
sd








Viết lại phương trình từ thông stato (9,10) theo các
thành phần có:
),15( ba
rq
I
sr
M
sq
I
s
L
sq
rd

I
sr
M
sd
I
s
L
sd









Kết Kết hợp với phương trình 14a và 14b =>
),16(
)(
ba
I
L
M
I
I
L
M
L
I

rd
s
sr
sd
rq
s
sr
s
L
sq


















Từ phương trình (15b), với
 0

sq
I

Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 63


Mã bài: 15
)17(/
srsqrqsrrqsq
MIMI


t
hay
sq

vào phương trình (13a) =>
)18(
rqsrssd
IMU


S
au đây ta đi khảo sát các thành phần công suất
4.1 Công suất cơ của máy chính
Máy chính trên tầu thủy có tác dụng chính là lai
chân vịt[2], trong hệ thống phát điện đồng trục
người ta cho máy chính lai thêm hệ thống máy
phát, vì vậy phần tổn hao công suất để thắng các
lực do ma sát ở các ổ trục, các cơ cấu truyền

chuyển động ở máy chính hầu như sẽ không phát
sinh thêm khi ta cho máy chính kéo thêm hệ thống
máy phát. Vì vậy phần năng lượng thêm để tạo
mômen kéo hệ thống phát đồng trục thể hiện rõ sự
tiêu hao nhiên liệu của máy chính cho việc sản
xuất ra điện năng.
Theo [1] mô men của máy chính kéo rotor DFIG
là:
0
MMM
c


M
0
là mô men cản ở ổ đỡ rotor của DFIG:
M
0
=-P
0
/

<0
M là mô men điện từ [1]:
)(
2
3
sdrqsqrdsr
IIIIMM 

Vì công suất phản kháng Q=0 nên I
sq
=0 và thay I
sd

ở công thức (16b) vào M =>
)19(
2
3
)/(
2
3
).(
2
3
2
rdrq
s
sr
rdssrrqsrsdrqsr
II
L
M
ILMIMIIMM











=
> công suất cơ của máy chính để kéo rotor của
DFIG là:
)20(
2
3
.
0
2



















 MII
L
M
MP
rqrd
s
sr
cc

4.2 Công suất stato của DFIG
Công suất tác dụng của stato DFIG phát ra lưới
điện là: P
1
=3U.I.cosφ
với U, I là điện áp và cường độ dòng điện hiệu
dụng của một pha của stato, φ là góc lệch pha giữa
điện áp và dòng điện tức thời trên 1 pha của stato
s
u
và
s
i
.
Biểu diễn
][
s
U
và
][

s
I
trên tọa độ quay dq với vận
tốc góc
s

là
f
s
U
và
f
s
I
, góc lệch pha giữa
f
s
U
và
f
s
I
vẫn là , theo [3] độ dài của véc tơ
f
s
U
và
f
s
I

(ký hiệu là
||
f
s
U
và
||
f
s
I
) chính là biên độ của
điện áp và dòng điện tức thời
s
u
và
s
i
:
2||;2|| IIUU
f
s
f
s


=> Công suất tác dụng của stato DFIG phát ra lưới
điện:

cos||||)2/3(cos
2

||
2
||
3
1
f
s
f
s
f
s
f
s
IU
IU
P 

Vì stato phát công suất ra lưới nên dòng điện sẽ
ngược hướng với điện áp => cosφ <0 => P
1
<0.
Theo hệ tọa độ tựa theo điện áp lưới:
sd
f
s
UU ||
;

sd
f

s
II

cos||

0)2/3(
1

sdsd
IUP

(21)
thay
sd
U
theo công thức (18);
sd
I
theo công thức
(16b) =>
)22()/(
2
3
))((
2
3
2
1 rqrdssrsrd
s
sr

rqsrs
IILMI
L
M
IMP


4.3 Công suất mạch rotor của DFIG

Biểu diễn
][
r
U
và
][
r
I
trên tọa độ quay dq với vận
tốc góc
s

là
f
r
U
và
f
r
I
, Giả sử

f
r
U
và
f
r
I
lệch pha
nhau một góc α
1
như hình 3.
Tương tự ta có công suất tác dụng của mạch rotor:
112
cos||.||
2
3
cos
2
||
2
||
3

f
r
f
r
f
r
f

r
IU
I
U
P 
Với
||
f
r
U
và
||
f
r
I
là độ dài véc tơ
f
r
U
và
f
r
I
, Theo
hình 3 có:




   

 
 
 
rqrqrdrd
f
r
f
r
f
r
f
r
f
r
f
r
f
r
f
r
f
r
f
r
IUIU
IU
IU
IU
IUIU






)sin(||.sin||
)cos(||.cos||
)sin(.sin)cos(.cos.||.||
cos.||.||cos||.||
221
221
221221
2211




)23())(2/3(
2 rqrqrdrd
IUIUP 

H.3 Véc tơ dòng điện và điện áp rotor trên tọa độ dq
Viết lại phương trình các thành phần điện áp rotor
ở tọa độ dq (7,8) trên cơ sở coi các thành phần từ
thông không đổi (hay biến thiên chậm) tuy nhiên
ta không thể bỏ qua thành phần điện áp rơi
trên
r
R giống như trên mạch stato vì trong trường
hợp tốc độ rotor gần bằng tốc độ đồng bộ thì thành
phần điện áp rơi trên R

r

sẽ đáng kể so với
f
r
U
:
64 Nguyễn Trọng Thắng, Thân Ngọc Hoàn


VCM2012
),24(
)(
)(
ba
IRIRU
IRIRU
rqrrdrrqrrdsrq
rdrrqrrdrrqsrd









Thay
rdssrsdsq

ILMII )/(;0 
vào phương trình
(11,12) có:
),25(
)/(
2
ba
IL
ILMIL
rqrrq
rdssrrdrrd









Thay
rqrd

,
vào phương trình (24a,b) =>
),26(
)(
2
ba
IRI

L
M
ILU
IRILU
rqrrd
s
sr
rdrrrq
rdrrqrrrd










Thay
rdrq
UU ,
vào phương trình (23)
  
)()2/3()/()2/3(
/)2/3(
))(2/3(
222
2
2

rqrdrssrrqrdr
rqrqrssrrrdr
rdrdrrqrr
IIRLMII
IIRLMLI
IIRILP










)27()()2/3(/
22
12 rqrdrsr
IIRPP 

Xét P
2
=0
0)()2/3(/
22
1

rqrdrsr
IIRP



)28(
)()2/3(
.
1
22
0
P
IIR
rqrdr
srr




Từ phương trình (16.a,b) =>





sdsrsrd
srLrq
IMLI
MI
)/(
/


thay
rdrq
II ,
vào biểu thức (28) =>:
)29(
2
3
1
2
2
2
0
P
M
I
M
L
R
sr
L
sd
sr
s
r
sr






























Thay
ssdL
U

/
vào biểu thức

0r

=>
1
2
2
2
0
2
3
P
X
U
I
M
L
R
sr
sd
sd
sr
s
r
sr





























(với
srssr
MX .


).
Thay
00



sr

0
(

là vận tốc góc của rotor để P
2
=0) =>
)30(
2
3
1
1
2
2
2
0












































P
X
U
I
M
L
R
sr
sd
sd
sr
s
r
s


Vì
0
1
P
=>
s


0

4.4 Hiệu suất chuyển đổi cơ năng sang điện năng
Xét công thức tính công suất mạch stato (22):
rqrdssrs

IILMP )/()2/3(
2
1



0/)/()2/3(
1
2

srqrdssrs
PIILM


Thay vào công thức tính công suất cơ của máy
chính (19)
=>
)31(0)/(
01


MPP
sc

 Xét trường hợp
0



Khi

0


=>
0rr


, nên từ phương trình
(27)
 0
2
P

Mạch rotor phát công suất, giả
sử hiệu suất của bộ biến tần là H
bt
(theo [8] H
bt

giảm khi tần số đóng cắt của IGBT tăng và ngược
lại ).
=> mạch rotor phát công suất ra lưới điện công
suất là P
2
. H
bt

=> Tổng công suất DFIG phát ra lưới điện là:
btrqrdr
bt

s
sr
rqrdsrqrdssrs
btrqrdrbt
s
sr
rqrdr
rqrdssrsbtđ
HIIR
H
L
M
IIIILM
HIIRH
L
M
II
IILMHPPP
)()2/3(
))(2/3()/()2/3(
)()2/3()2/3(
)/()2/3(
22
2
2
22
2
2
21

























=> Hiệu suất chuyển đổi từ cơ năng sang điện
năng của hệ thống phát điện đồng trục là:
)32(
2
3
)()2/3())(2/3()/()2/3(
0

2
22
2
2
21

































MII
L
M
HIIRH
L
M
IIIILM
P
HPP
H
rqrd
s
sr
btrqrdrbt
s
sr
rqrdsrqrdssrs
c
bt

)33(
)()2/3()1(
2

3
)()2/3()1()/()2/3(
2
0
1
22
1
2
0
2
222
'





































M
P
HIIRHP
MII
L
M
HIIRHIILM
H
s
btrqrdrbt
rqrd
s

sr
btrqrdrbtrqrdssrs
Mẫu số của
'

H
là: -
2
0
1










 M
P
s
>0
Tử số của
'

H
:
btrqrdrbt

HIIRHPT )()2/3()1(
22
1

:
Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 65


Mã bài: 15
Thành phần
222
||)2/3()()2/3(
f
rrrqrdrrt
IRIIRP 

chính là phần công suất tổn thất nhiệt trên mạch
rotor, hay chính là tổn hao đồng ở rotor [5], đặt S
rt

=
1
/ PP
rt
(gọi là hệ số suy hao công suất đồng
rotor). Với chế độ hoạt động bình thường của hệ
thống phát điện đồng trục thì công suất tổn hao
đồng rotor của DFIG rất nhỏ so với công suất phát
ra lưới điện ở stato của DFIG.
Đặt S

bt
=1-H
bt
(gọi là hệ số suy hao công suất ở
biến tần)
.
11 btrtbt
HSPSPT




Trong thực tế, hệ số suy hao công suất đồng ở
rotor nhỏ hơn nhiều hệ số suy hao công suất ở biến
tần:
btrt
SS 
(vì độ dẫn điện của đồng ở rotor tốt
hơn nhiều so với độ dẫn điện 2 IGBT mắc nối tiếp)
=>
rtbt
SPSPT
11
 0)(
1

rtbt
SSP

(vì H

bt
<1;P
1
<0)

=>
'

H <0 =>

H tăng khi

giảm=> với trường
hợp

≥

0
thì hiệu suất H =max khi

=

0
.
 Xét trường hợp
0



Từ phương trình (27) => P

2
 0 Mạch rotor tiêu
thụ công suất.
=> mạch rôtô tiêu thụ lưới điện công suất là P
2
/H
bt

=> Tổng công suất DFIG phát ra lưới điện là:
)34(/)()2/3(/))(2/3()/()2/3(
/)()2/3(/)2/3()/()2/3(/
22
2
2
22
2
2
21
btrqrdrbt
s
sr
rqrdsrqrdssrsđ
btrqrdrbt
s
sr
rqrdrrqrdssrsbtđ
HIIRH
L
M
IIIILMP

HIIRH
L
M
IIIILMHPPP























=> Hiệu suất chuyển đổi từ cơ năng sang điện năng của hệ thống phát đồng trục là:
)35(
2

3
/)()2/3(/))(2/3()/()2/3(
/
0
2
22
2
2
21

































MII
L
M
HIIRH
L
M
IIIILM
P
HPP
H
rqrd
s
sr
btrqrdrbt
s
sr
rqrdsrqrdssrs
c
bt

)36(
/)()2/3()/11(
2
3
/)()2/3()/11()/()2/3(
2
0
1
22
1
2
0
2
222
'





































M
P
HIIRHP
MII
L
M
HIIRHIILM
H
s

btrqrdrbt
rqrd
s
sr
btrqrdrbtrqrdssrs

Mẫu số của
'

H
là: -
0
2
0
1












M
P
s

Tử số của
'

H
:
btrt
HPPPT /)(
11




)()1()1(.
111 tbrtrttbbt
SSPSPSPHT 

Hệ số suy hao công suất ở biến tần lớn hơn nhiều
hệ số suy hao công suất đồng rotor => T>0 =>
'

H
>0 => H tăng khi  tăng => với trường hợp
0



thì hiệu suất H=max khi .
0



Kết hợp 2 trường hợp => để hiệu suất biến đổi từ
cơ năng sang điện năng trong hệ thống phát điện
đồng trục sử dụng DFIG đạt giá trị lớn nhất khi tốc
độ góc rotor của DFIG là:











































1
2
2
2
0
2
3
1
P
X
U
I
M

L
R
sr
sd
sd
sr
s
r
s


5. Kết luận
Bài báo đã thành công trong việc tìm tốc độ góc
tối ưu của rotor DFIG trong hệ thống phát điện
đồng trục để hiệu suất chuyển đổi từ cơ năng sang
điện năng là cao nhất, từ đó có thiết kế hệ thống
truyền chuyển động giữa máy chính và rotor của
DFIG với tỉ số truyền hợp lý để nhiên liệu tiêu hao
sản suất cho một đơn vị điện năng là thấp nhất.
Ta thấy giá trị tốc độ góc tối ưu không những chỉ
phụ thuộc vào cấu trúc đặc điểm của DFIG mà nó
còn phụ thuộc vào điện áp lưới và công suất máy
phát cung cấp ra lưới (I
sd
). Vậy để tính tốc độ góc
tối ưu ta còn phải quan tâm tới công suất tác dụng
phát ra lưới thường xuyên nhất của DFIG.
Trong quá trình khảo sát, bài báo cũng đưa ra
những công thức chỉ mối liên hệ giữa công suất
các thành phần trong hệ thống phát điện. Ví dụ

công thức 27 chỉ ra mối liên hệ công suất giữa
stato và rotor, dựa vào mối liên hệ đó ta có thể
chọn công suất mạch điều khiển rotor hợp lý.

Tài liệu tham khảo
66 Nguyễn Trọng Thắng, Thân Ngọc Hoàn


VCM2012
[1] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, Mô phỏng hệ
thống điện tử công suất và truyền động điện,
Nhà xuất bản xây dựng, 2002.
[2] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn; TS. Nguyễn Tiến
Ban, Trạm phát và lưới điện tàu thủy, Nhà xuất
bản Khoa học và kỹ thuật, 2008.
[3] GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển tự
động truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà
xuất bản Giáo dục, 1998.
[4] Cao Xuân Tuyển, Tổng hợp các thuật toán phi
tuyến trên cơ sở phương pháp Backstepping để
điều khiển máy điện dị bộ nguồn kép trong hệ
thống máy phát điện sức gió, Luận án tiến sỹ kỹ
thuật, 2008.
[5] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, Máy điện tầu
thủy-tập 1, Trường Đại học Hàng Hải, 1995.
[6] KS.Vũ Hà Việt, Trạm phát điện tàu thủy với
máy phát đồng trục cung cấp năng lượng thông
qua biến tần. Nghiên cứu các bộ điều khiển khi
các máy phát làm việc song song,Luận văn thạc
sỹ kỹ thuật, Đại học Hàng Hải, 2010.

[7] Peng Ling Tsinghua; Li Yongdong; Chai
Jiangen, Yual Guoteny, Vector control of a
doubly fed induation generator for stand-alone
ship shaft generator systems, IEEE China,
2007.
[8] website: www.schneider-electric.co.uk/sites/uk
/en/products-services/automation-control/
products-offer/motion-and-drives/ variable-
speed-drives-low-voltage/altivar-71.page

GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn nhận bằng Kỹ sư
Điện tại Trường Đại Học Bách khoa Gdansk Balan
1969, Tiến sỹ Kỹ thuật tại Đại học Bách khoa
Gdansk Balan năm 1979, Bằng Tiến sĩ Khoa học
năm 1989 tại Đại học Bách
khoa Gdansk Balan. Hiện là
chủ nhiệm khoa Điện-Điện tử
Đại học Dân lập Hải Phòng.
Lĩnh vực nghiên cứu chính là
Tự động hóa và Điều khiển.
Nguyễn Trọng Thắng sinh
năm 1982, nhận bằng Kỹ sư
Điện chuyên ngành Điều khiển
tự động tại Đại học Bách khoa
Hà Nội năm 2005, nhận bằng Thạc sỹ Kỹ thuật
ngành Tự động hóa tại Trường Đại Học Hàng hải
Việt Nam năm 2009, bắt đầu
làm Nghiên cứu sinh ngành Tự
động hóa tại trường Đại học
Giao thông vận tải Hà Nội từ

năm 2011.
Thạc sỹ Nguyễn Trọng Thắng
là giảng viên khoa Điện-Điện
tử, Trường Đại học Dân lập
Hải Phòng từ năm 2006 đến nay. Hướng nghiên
cứu chính là thiết kế và thực hiện các bộ thống
điều khiển trên các hệ thống nhúng, Lý thuyết
Điều khiển tự động, các hệ thống phát điện trên
tầu thủy.