Máy phát điện đồng bộ và khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ trên phần mềm matlab

1

LỜI NÓI ĐẦU
Ngành Công nghệp điện năng đang đóng một vai trò quan trọng trong quá
trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa của đất nước ta hiện nay, nó quyết định sự tăng
trưởng và phát triển của các ngành công nghiệp khác. Với xu thế phát triển chung
của thế giới và xu thế phát triển của đất nước ta hiện nay thì ngày càng có nhiều khu
công nghiệp, nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện, trường học,… được thành lập và xây
dựng. Vì vậy việc sản xuất, cung cấp và phân phát điện được đặt lên hàng đầu.
Điện công nghiệp là một ngành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ để
biến đổi năng lượng, đo lường, điều khiển,… bao gồm việc tạo ra, biến đổi và sử
dụng điện năng trong các hoạt động thực tế của con người.
Cho đến ngày nay máy điện được biết đến như một thiết bị điện từ thực hiện
sự biến đổi cơ năng thành điện năng hoặc ngược lại.
Như vậy máy điện là một phần tử quan trọng nhất của bất cứ thiết bị điện
năng nào. Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông
vận tải,… và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình.
Xuất phát từ tầm quan trọng trên, được sự cho phép của Nhà trường và khoa
Điện – Điện tử em đã quyết định chọn đề tài “Máy phát điện đồng bộ và khảo sát
các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ trên phần mềm Matlab” làm chuyên
đề tốt nghiệp của mình.
Trong quá trình thực hiện chuyên đề của mình với đề tài “ Máy phát điện
đồng bộ và khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ trên phần mềm
Matlab” em chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Mai Văn Công đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo để em có thể hoàn thành chuyên đề tốt nghiệp.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong khoa Điện – Điện tử
và các bạn trong lớp 53.DDT đã giảng dạy, hổ trợ, tận tình chỉ bảo, cung cấp cho em
những kiến thức trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Nha Trang.


2

Với thời gian có hạn và kiến thức còn hạn hẹp nên tất yếu không tránh khỏi
những sai sót, rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!


3

TÓM TẮT CHUYÊN ĐỀ
Đề tài:
MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ VÀ KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ TRÊN PHẦN MỀM MATLAB
Đề tài gồm 4 phần chính:
Chương I:
-

GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Khái niệm chung và công dụng
Cấu tạo
Phân loại
Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ

Chương II: NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Nguyên tắc hoạt động
Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ
Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ
Các thông số chủ yếu của máy phát điện đồng bộ
Chương III: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MATLAB
- Giới thiệu về phần mềm Matlab

- Giới thiệu một số lệnh cơ bản
- Các giao diện và cách thức làm việc
-

Chương IV: KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
-

Giới thiệu các thư viện cơ bản Simulink trong Matlab
Khảo sát chế độ làm việc bình thường của máy phát
Khảo sát chế độ làm việc ngắn mạch đầu cực của máy phát


4

MỤC LỤC

1


5

DANH MỤC HÌNH VẼ


6

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
1.1

KHÁI NIỆM CHUNG VÀ CÔNG DỤNG

1.1.1

Khái niệm
Máy phát điện xoay chiều có tốc độ rôto n bằng tốc độ quay của từ trường

n1 gọi là máy phát điện đồng bộ. Máy phát điện đồng bộ có hai dây quấn: dây quấn
stato nối với lưới điện có tần số f không đổi, dây quấn rôto được kích thích bằng
dòng điện một chiều. Ở chế độ xác lập máy điện đồng bộ có tốc độ quay rôto luôn
không đổi khi tải thay đổi.
1.1.2

Công dụng
Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của các lưới điện quốc gia,

trong đó động cơ sơ cấp là các tuabin hơi, tuabin khí hoặc tuabin nước. Công suất
của mỗi máy phát có thể đạt đến 600 MVA hoặc lớn hơn và chúng thường làm việc
song song. Ở các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện đồng bộ được kéo bởi các
động cơ diezen hoặc các tuabin khí, có thể làm việc đơn lẻ hoặc hai ba máy làm
việc song song.
Trong hệ thống điện, máy bù đồng bộ dùng để phát công suất phản kháng
cho lưới điện để bù hệ số công suất và ổn định điện áp.
1.2

CẤU TẠO
Cấu tạo gồm 2 bộ phận chính là stato và rôto. Ngoài ra còn có vỏ máy, trục

máy, nắp máy. Trên hình 1-1 vẽ mặt cắt ngag trục máy trong đó 1: lá thép stato; 2:
dây quấn stato; 3: lá thép rôto; 4: dây quấn rôto.

7

Hình 1-1: Mặt cắt ngang trục máy
1.2.1

Stator

Stato của máy phát điện đồng bộ giống như stato của máy phát điện không
đồng bộ, gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn ba pha stato. Dây quấn
stato gọi là dây quấn phần ứng.
1.2.2

Rôto
Rôto máy phát điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ dùng để tạo

ra từ trường cho máy, đối với máy nhỏ rôto là nam châm vĩnh cửu.
Có hai loại: rôto cực ẩn và rôto cực lồi.

Hình 1-2a: Rôto cực ẩn
Hình 1-2b: Rôto cực lồi
Rôto cực lồi dùng ở các máy có tốc độ thấp, có nhiều đôi cực.
Rôto cực ẩn thường dùng ở máy có tốc độ cao 3000 vg/ph, có một đôi cực.
Để có sức điện động sin, từ trường của cực từ rôto phải phân bố hình sin dọc
theo khe hở không khí giữa stato và rôto, ở đỉnh các cực từ có từ cảm cực đại.
Đối với rôto cực ẩn, dây quấn kích từ được đặt trong các rãnh. Đối với rôto
cực lồi dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ.
Hai đầu của dây quấn kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vòng trượt
đặt ở hai đầu trung, thông qua hai chổi điện để nối với nguồn kích từ (Hình 1-3).

8

Hình 1-3: Hai chổi điện nối kích từ
1.3

PHÂN LOẠI
Theo kết cấu cực từ:
•
Máy phát điện đồng bộ cực ẩn thích hợp với tốc độ quay cao (số cực
•

2P = 2).
Máy phát điện đồng bộ cực lồi thích hợp với tốc độ quay thấp (2P 4).

Theo chức năng:
•

Máy phát tuabin nước

Hình 1-4: Máy phát tuabin nước


9

•

Máy phát động cơ đốt trong công suất nhỏ

Hình 1-5: Máy phát công suất nhỏ
1.4

CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Khi vận hành bình thường máy phát đồng bộ cung cấp cho tải đối xứng.

Chế độ này phụ thuộc vào hộ tiêu thụ điện năng nói với máy phát, công suất cung
cấp cho tải không vượt quá giá trị định mức mà phải gần bằng định mức. Mặt khác
ở chế độ này thông qua các đại lượng như điện áp, dòng điện, dòng kích từ, hệ số
cos, tần số f, và tốc độ quay n. Để phân tích đặc tính làm việc của máy phát điện
đồng bộ ta dựa vào 3 đại lượng chủ yếu là: U, I, If thành lập các đường đặc tính sau:
1.4.1

Đặc tính không tải
Đặc tính không tải là quan hệ: E = U0 = f(it), khi I = 0 và f = fđm
Dạng đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ cực ẩn và cực lồi khác

nhau không nhiều và có thể biểu thị theo đơn vị tương đối:
E* =
i* =
Trong đó itđmo là dòng điện không tải khi U = Uđm
Mạch từ của máy phát tuabin hơi bão hòa hơn mạch từ của máy phát
tuabin nước.
Khi E = Eđm = 1, với máy phát tabin hơi =1,2 còn đối với máy phát điện
tuabin nước .


10

E

1
*

a

b

,0
2,
0
8
,
0 1 2 3
4

i
t
*

Hình 1-6: Đặc tính không tải của máy phát đồng bộ
Đường a: Với máy phát tuabin hơi
Đường b: Với máy phát tuabin nước
1.4.2

Đặc tính ngắn mạch
Đặc tính ngắn mạch là quan hệ giữa dòng ngắn mạch và dòng kích từ
In = f(it) khi U = 0, Zt = 0, f = fđm
Xét trường hợp bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng (r ư = 0) thì mạch điện

dây quấn phần ứng lúc ngắn mạch là thuần cảm 0, như vậy Iq =cos = 0 và Id =I sin =

I
Đồ thị véctơ của máy phát lúc ngắn mạch dựa vào phương trình cân bằng
điện áp:
= dXd - jdXd - rư
Vì rư = 0; Iq = 0 nên:
Ta được: = jXd
Lúc ngắn mạch, phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy không bão
hòa. Vì từ thông khe hở cần thiết để sinh ra: = E-IX ưd = Iư rất nhỏ nên quan hệ I =
f(it) là một đường thẳng.


11

I

I = f(it)

it

Hình 1-7: Đặc tính ngắn mạch máy phát
1.4.3

Đặc tính ngoài
Đặc tính ngoài là quan hệ U = f(I). Khi it = const, cos = const và f = fđm.
Đặc tính ngoài cho thấy lúc dòng điện kích từ không đổi, điện áp máy phát

thay đổi theo tải.
U

∆

cos

U

U ϕ=

®

®

m
0

m

1

cosϕ =

0,8(®iÖn
dung)

I I
®
m

Hình 1-8: Đặc tính ngoài của máy phát
Từ hình 1-7 ta thấy đặc tính ngoài phụ thuộc vào tính chất của tải. Nếu tải
có tính cảm, khi I tăng phản ứng phần ứng bị khử từ, điện áp giảm nên đường đặc

tính đi xuống. Nếu tải có tính dung thì I tăng, phản ứng phần ứng là trợ từ, điện áp
tăng lên nên đường đặc tính đi lên. Khi tải làm thuần trở thì đường đặc tính gần như
song song với trục hoành.


12

1.4.4

Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ
Đặc tính điều chỉnh là quan hệ: it = f(I) khi U = const, cos = const và f = fđm.

Nó cho biết chiều hướng điều chỉnh dòng điện it của máy phát sao cho điện áp U ở
đầu cực máy phát là không đổi.
it
L
R

it0

C

O

Iđm

I

Hình 1-9: Đặc tính điều chỉnh của máy phát
Ta thấy với tải cảm, khi I tăng tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng cũng

tăng nên U bị giảm. Để giữ điện áp U không đổi thì ta phải tăng dòng điện kích từ i t.
Ngược lại với tải điện dung khi I tăng mà muốn giữ U không đổi thì phải giảm dòng
điện kích từ it.
Thông thường cos = 0,8 (tính cảm), thì từ không tải (U = U đm, I = 0) đến tải
định mức (U = Uđm, I = Iđm) thì phải tăng dòng điện từ hóa từ 1,7 đến 2,2 lần.
1.4.5 Đặc tính tải của máy phát điện đồng bộ
Đặc tính tải là quan hệ giữa điện áp đầu cực máy phát và dòng điện kích
thích.
U = f(it) khi I = const, Cos = const và f = fđm.
Với các trị số khác nhau của I và Cos sẽ có đặc tính khác nhau, trong đó có
ý nghĩa nhất là tải thuần cảm ứng với Cos = 0 ( = /2) và I = Iđm.
Để xây dựng đường đặc tính tải ta phải điều chỉnh rt và Z sao cho I = Iđm, và
dạng đặc tính này được biểu diễn ở tải thuần cảm là chủ yếu.
Đường đặc tính tải cảm có thể suy ra được từ đặc tính không tải và tam giác
điện kháng. Trước hết vẽ đường đặc tính không tải và đặc tính ngắn mạch rồi thành


13

lập được tam giác điện kháng sau đó tịnh tiến trên đường đặc tính không tải ta vẽ
được đặc tính tải cảm.

Hình 1-10: Đặc tính tải khi tải thuần cảm
1.4.6

Họ đặc tính hình V máy phát điện
Quan hệ: I = f(it) khi P = const.
Với mỗi giá trị của p = const, ta thay đổi Q và vẽ đồ thị suất điện động ta

xác định được đặc tính hình V của máy phát điện đồng bộ. Thay đổi giá trị của P ta

thành lập được một họ các đặc tính hình V như sau:

Hình 1-11: Họ đặc tính hình V của máy phát đồng bộ
Trên hình, đường Am đi qua các điểm cực tiểu của họ đặc tính, tương ứng
với cos = 1. Bên phải đường Am ứng với tải cảm ( > 0) là chế độ làm việc quá kích
thích, khu vực bên trái Am ứng với tải có tính dung ( < 0) là chế độ làm việc thiếu


14

kích thích của máy. Đường Bn là giới hạn làm việc ổn định khi máy phát ở chế độ
thiếu kích thích.


15

CHƯƠNG II
NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
2.1

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
Cho dòng điện kích từ (dòng điện không đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạo

nên từ trường rôto khi quay rôto bằng động cơ sơ cấp, từ thông của rôto sẽ cắt dây
quấn phần ứng stato và cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có trị số hiệu
dụng là:
•
•
•
•

E0 4,44fw1kdq0
Trong đó:
E0: là sức điện động pha.
w1: số vòng dây một pha.
kdq: hệ số dây quấn.
0: từ thông cực từ rôto.

(2.1)

Nếu rôto có p đôi cực, khi rôto quay được một vòng, sđđ phần ứng sẽ biến
thiên p chu kỳ. Do đó tần số của sđđ các pha lệch nhau góc pha 120o.
f pn, n đo bằng vg/s
hoặc f , n đo bằng vòng/phút

(2.2a)
(2.2b)

Dây quấn ba pha stato có trục lệch nhau trong không gian một góc 120 o
điện, cho nên sđđ các pha lệch nhau góc pha 120 o. Khi dây quấn stato nối với tải,
trong các dây quấn sẽ có dòng điện ba pha giống như ở máy điện không đồng bộ,
dòng diện ba pha trong ba dây quấn sẽ tạo nên từ trường quay, với tốc độ là n 1 = 60
f/p, đúng bằng tốc độ n của rôto.
2.2

PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Khi máy phát điện làm việc, từ thông của cực rôto 0 cắt dây quấn stato cảm

ứng ra sđđ E0 chậm pha so với từ thông 0 góc 900 (hình 2- a). Dây quấn stato nối với
tải sẽ tạo nên dòng điện I cung cấp cho tải. Dòng điện I trong dây quấn stato tạo nên

từ trường quay phần ứng. Từ trường phần ứng quay đồng bộ với từ trường của cực


16

từ 0. Góc lệch pha giữa E0 và I do tính chất của tải quyết định. Tác dụng của từ
trường phần ứng nên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng.
Trường hợp tải thuần trở (hình 2-1a) góc lệch pha , E 0 và I cùng pha. Dòng
điện I sinh ra từ thông phần ứng cùng pha với dòng điện. Từ trường phần ứng theo
hướng ngang trục, làm méo từ trường cực từ, ta gọi là phản ứng phần ứng ngang
trục.

Hình 2-1: Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ
Trường hợp tải thuần cảm (hình 2-1b) góc lệch pha 90 0 dòng điện I sinh ra
từ trường phần ứng cùng chiều với 0, ta gọi là phản ứng phần ứng dọc trục khử từ,
có tác dụng làm giảm từ trường tổng.
Trường hợp tải thuần dung -900 (hình 2-1c) dòng điện sinh ra từ trường
phần ứng cùng chiều với 0, ta gọi là phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ, có tác dụng
làm tăng từ trường tổng.
Trường hợp tải bất kỳ (hình 2-1d) ta phân tích dòng điện I làm thành hai
phần: Thành phần dọc trục Id=Isin và thành phần ngang trục Iq=Icos, dòng điện I
sinh ra từ trường phần ứng vừa có tính chất ngang trục vừa có tính chất dọc trục khử
từ hoặc trợ từ tùy theo tính chất của tải (tính chất điện cảm hoặc tính chất dung điện).


17

2.3

MÔ HÌNH TOÁN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

2.3.1

Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi
Khi máy phát điện làm việc từ thông cực từ

0

sinh ra sđđ E0 ở dây quấn

stato. Khi máy điện có tải sẽ có dòng điện I và điện áp U trên tải. Ở máy cực lồi vì
khe hở dọc trục và ngang trục khác nhau ta phải phân tích ảnh hưởng của phản ứng
phần ứng theo hướng dọc trục và ngang trục. Từ trường chính phần ứng ngang trục
tạo nên sđđ ngang trục.
Et = -jIXt = jIdXt jIqXt
Bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn phần ứng ta có phương trình điện áp của
máy phát điện đồng bộ cực lồi:
U = E0 jIdXưd jIqXưq -jIdXt -jIqXt

(2.3)

= E0jId(Xưd+Xt)jIq(Xưq+Xt)

(2.4)

Gọi Xưd+Xt = Xq là điện kháng đồng bộ ngang trục, ta có thể viết gọn lại:
U = E0jIdXdjIqXq

(2.5)

Phương trình (2.5) tương ứng với đồ thị véctơ của máy phát cực lồi, (Hình
2-2)

Hình 2-2:

a) Đồ thị véctơ máy phát cực lồi
b) Đồ thị véctơ máy phát cực ẩn


18

2.3.2

Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực ẩn
Đối với máy phát điện cực ẩn là trường hợp đặc biệt cực lồi trong đó X d=Xq

gọi là điện kháng đồng bộ Xdb. Phương trình điện áp của máy phát đồng bộ cực ẩn
có thể viết:
U = E0jIXdb
Đồ thị véc tơ của nó được vẽ trên hình (2-2b).
2.4

(2.6)

CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ CỰC
LỒI

2.4.1

Công suất tác dụng

Công suất tác dụng của máy phát cung cấp cho tải là:
P = mUIcos
(2.7)
Trong đó: U, I là điện áp pha, dòng điện pha.
m là số pha.
Theo đồ thị véc tơ hình (2-2a) ta thấy = – do đó:
p = mUIcos = mUIcos( – ) = mUIcoscos + mUIsinsin
vì Icos = Iq và Isin = Id, theo đồ thị véctơ (hình 2-2a) rút ra
Iq = và Id =
Thế biểu thức của Id và Iq vào phương trình công suất điện, bỏ qua tổn hao

và sau một vài biến đổi đơn giản ta có:
Pdt = mUsin + m sin2
(2.8)
Ta nhận thấy công suất điện từ gồm hai thành phần (hình 2-3).
Thành phần sin do dòng điện kích từ tạo nên tỷ lệ với sin. Đó là thành phần
công suất chủ yếu của máy phát. Thành phần m sin2, không phụ thuộc vào
dòng điện kích từ và chỉ xuất hiện khi x d # xq. Đối với máy cực ẩn xd = xq
thành phần này bằng không. Người ta chế tạo động cơ rôto có khe hở dọc
trục và ngang trục khác nhau (cực lồi) mà không cần dòng điện kích từ, do
ảnh hưởng của thành phần công suất này cũng tạo nên được mômen quay,
đó là nguyên lý của động cơ phản kháng.
Đặc tính P = f() gọi là đặc tính góc công suất. Máy phát làm việc ổn định
khi trong khoảng 0 + /2; khi tải định mức = 20o + 30o


19

Hình 2-3: Đồ thị đặc tính góc công suất
2.4.2

Công suất phản kháng
Công suất phản kháng của máy phát đồng bộ là:
Q = mUIsin = mUIsin() = m Uisincos-Uicossin
Từ đồ thị véctơ hình 2-2b ta có:
IXdbsin = AB = OA OB = E0Ucos do đó:
Isin =
IXdbcos = BC = Usin do đó:
Icos =
Thay (2.10), (2.11) vào (2.9) ta có:
Q = (2.12)

(2.9)
(2.10)
(2.11)

Biểu thức (3.12) là công suất phản kháng của máy phát đồng bộ viết theo
các thông số của máy.
2.4.3

Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng

2.4.3.1 Điều chỉnh công suất tác dụng
Máy phát biến đổi cơ năng, vì thế muốn điều chỉnh công suất tác dụng P,
phải điều chỉnh công suất cơ của động cơ sơ cấp (tuabin hơi hoặc tuabin khí
v..v..).
2.4.3.2 Điều chỉnh công suất phản kháng
Từ biểu thức công suất phản kháng (2.12):

20

Q=
Khi giữ U, f và P không đổi thì
Nếu:
E0cos < U thì Q < 0

(2.13)

E0cos = U thì Q = 0
E0cos > U thì Q > 0
Khi Q < 0 nghĩa là máy không phát công suất phản kháng, mà nhận công
suất phản kháng của lưới điện để tạo ra từ trường, máy thiếu kích từ.
Khi Q > 0 máy phát công suất phản kháng cung cấp cho tải, máy quá kích từ.
Nhìn các công thức trên, mốn thay đổi công suất phản kháng, phải thay đổi
E0 nghĩa là phải điều chỉnh dòng điện kích từ. Muốn tăng công suất phản kháng phát
ra, phải tăng kích từ. Thật vậy muốn tăng dòng điện kích từ, E 0 sẽ tăng, cos tăng (vì
E0sin = const) do đó Q tăng.
2.5

ĐẶC TÍNH NGOÀI VÀ ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH

2.5.1

Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ
Đặc tính ngoài của máy phát là quan hệ điện áp U trên cực máy phát và

điện tải I khi tính chất tải không đổi (cos t = const), tần số và dòng điện kích từ máy
phát không đổi. Từ phương trình điện áp (2.5), ta vẽ đồ thị véctơ máy phát ứng với
loại tải khác nhau. Ta thấy khi tải tăng, đối với tải cảm và trở, điện áp giảm (tải cảm

điện áp giảm nhiều hơn), đối với tải dung điện áp tăng. Bằng đồ thị, ta thấy rằng,
điện áp máy phát phụ thuộc vào dòng điện và đặc tính của tải.
Hình 2-4a vẽ đặc tính ngoài của máy phát khi I kt = const (E0 = const) và cost
không đổi, ứng với các tải khác nhau. Khi tải có tính chất cảm phản ứng phần ứng
dọc trục khử từ làm từ thông tổng giảm, do đó đặc tính ngoài dốc hơn tải điện trở.
Để giữ điện áp U bằng định mức, phải thay đổi E 0 bằng cách điều chỉnh kích từ sao
cho I = Iđm có U = Uđm vẽ trên hình 2-4b.


21

2.5.2

Đặc tính điều chỉnh
Đường đặc tính điều chỉnh là quan hệ giữa dòng điện kích từ và dòng điện

tải khi điện áp U không đổi bằng định mức. Hình 2-4c vẽ đặc tính điều chỉnh của
máy phát đồng bộ với các hệ số công suất khác nhau.

Hình 2-4: Các dạng đường đặc tính của máy phát điện đồng bộ
Phần lớn các máy phát điện đồng bộ có bộ tự động điều chỉnh dòng kích từ
giữ cho điện áp không đổi.
2.6

SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Các hệ thống điện gồm nhiều máy phát điện đồng bộ làm việc song song

với nhau: tạo thành lưới điện. công suất của lưới điện rất lớn so với công suất mỗi
máy riêng rẽ, do đó điện áp cũng như tần số của lưới có thể giữ không đổi, khi thay
đổi tải.

•
•
•

Để các máy làm việc song song, phải đảm bảo các điều kiện sau:
Điện áp của máy phát bằng điện áp của lưới điện và trùng pha nhau:
Tần số của máy phát phải bằng tần số của lưới điện.
Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự pha của lưới điện.
Nếu không đảm bảo các điều kiện trên, sẽ có dòng điện lớn chạy quẩn trong

máy, phá hỏng máy và gây loạn hệ thống điện.
Để đóng máy phát điện vào lưới ta dùng thiết bị hòa đồng bộ.
Đối với máy phát điện công suất nhỏ, có thể đóng vào lưới bằng phương
pháp tự đồng bộ như sau:


22

Dây quấn kích từ không đóng vào nguồn điện kích từ, mà khép mạch qua
điện trở phóng điện, để tránh xuất hiện điện áp cao, phá hỏng dây quấn kích từ.
Quay rôto đến gần tốc độ đồng bọ, sau đó đóng máy phát điện vào lưới và cuối
cùng sẽ đóng dây quấn kích từ vào nguồn điện kích từ, máy sẽ làm việc đồng bộ.
2.7

CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Trong máy phát điện đồng bộ ngoài các thông số như: Công suất, điện áp,

dòng điện định mức… còn phải kể đến các thông số cơ bản khác của máy phát điện
đồng bộ là: điện trở, điện kháng của cuộn dây, các hằng số quán tính điện và cơ.
2.7.1

Điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục (Xd, Xq)
Điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục là một trong những thông số

đặc trưng của máy phát điện ở chế độ xác lập. Ở máy phát điện cực lồi vì ở mặt cực,
từ thông khe hở không khí không đều, nên mạch từ thông bão hòa. Do đó điện
kháng dọc trục là khác nhau (Xd # Xq). Còn ở máy phát cực ẩn thì khe hở không
khí đều nhau, mạch từ bão hóa nên:
Xd = Xq
2.7.2

Điện kháng quá độ X’d
Đặc trưng cho cuộn cảm của cuộn dây ở chế độ xác lập. Ở chế độ này từ

thông sinh ra bởi cuộn dây stato đi qua cuộn dây rôto bị giảm do phản ứng hỗ cảm
của cuộn dây này. Điện trở mạch kín của cuộn dây rôto thường nhỏ nên phần ứng
hỗ cảm triệt tiêu hoàn toàn từ thông bên trong nó. Vì thế có thể coi điện cảm của nó
khi mạch khép kín ra bên ngoài cuộn dây rôto là rất nhỏ và không phụ thuộc vào
dạng cực từ.
2.7.3

Điện kháng siêu quá độ
Điện kháng này đặc trưng cho điện cảm của cuộn dây stato ở giai đoạn đầu

của chế độ quá độ. Ở giai đoạn đầu của chế độ này bị ảnh hưởng của cuộn dây cản,
làm giảm đi từ thông cuộn dây stato. Do đó X”d < X’d. Do dòng điện xuất hiện


23

trong cuộn dây cản tức thời cho nên điện kháng X”d chỉ tồn tại trong giai đoạn đầu
của chế độ quá độ.
2.7.4.

Hằng số quán tính cơ Tj
Đặc trưng cho mômen quán tính phần quay, hằng số này được tính toán tùy

thuộc vào từng loại máy phát.
Tj = = .J

Trong đó:
Với

đm

=

J=
G: Khối lượng vật quay
D: Đường kính vật quay


24

CHƯƠNG III
TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MATLAB
3.1

TỔNG QUAN VỀ MATLAB

3.1.1

Khái niệm về matlab
MATLAB (viết tắt từ matrix laboratory) được phát triển từ dự án

LINPACK & EISPACK nhằm tạo ra thư viện ma trận phục vụ cho tính toán. Qua
quá trình phát triển lâu dài, MATLAB được phát triển thành một công cụ rất mạnh,
được ứng dụng khá phổ biến trong các trường đại học ở khắp thế giới, đặc biệt là
các nước Mỹ, Bỉ, Canada,… như là công cụ không thể thiếu trong các giáo trình từ
cơ bản đến nâng cao trong các lĩnh vực: toán học cao cấp, khoa học và kỹ thuật.
Trong công nghiệp, MATLAB công cụ lựa chọn cho nghiên cứu nâng cao hiệu quả
sản xuất, phân tích đánh giá và ứng dụng.
Với MATLAB, bài toán tính toán, phân tích, thiết kế và mô phỏng trở nên
dễ dàng hơn trong nhiều lĩnh vực chuyên ngành như: Điện, Điện tử, Cơ khí, Cơ điện
tử, Vật lý,…
•

MATLAB là công cụ tính toán rất mạnh dễ dùng, trực quan dễ mở

•

rộng và phát triển.
MATLAB có khả năng liên kết đa môi trường, liên kết dễ dàng với

•

ngôn ngữ lập trình C++, Visual C, FORTRAN, JAVA,…
MATLAB có khả năng xử lý đồ họa mạnh trong không gian hai chiều

•

và ba chiều.
Các TOOLBOX trong MATLAB rất phong phú, đa năng là công cụ

•

nghiên cứu, thiết kế cực kỳ hiệu quả trong các lĩnh vực chuyên ngành.
Công cụ mô phỏng trực quan SIMULINK chạy trong môi trường

•

MATLAB giúp cho bài toán phân tích thiết kế dễ dàng, sinh động hơn,
MATLAB có kiến trúc mở, dễ dàng trong việc xây dựng thêm các
module tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn công nghiệp và truyền thống.


25

3.1.2

Khởi động và chuẩn bị thư mục làm việc trong Matlab
Matlab sẽ thông dịch các lệnh được lưu trong file có dạng *.m
Sau khi đã cài đặt Matlab thì việc khởi chạy chương trình này chỉ đơn giản

là nhấp vào biểu tượng của nó trên destop

hoặc vào Start\All Programs\

Matlab 7.0 \ Matlab 7.0

Hình 3-1: Cách khởi chạy chương trình Matlab
Sau khi khởi động xong Matlab, thì bước kế tiếp là chỉ thư mục làm việc
của mình cho Matlab. Nhấp vào biểu tượng

trên thanh công cụ và chọn thư mục

làm việc của mình (ví dụ: D:\mophong).
Cửa sổ làm việc của Matlab sẽ như hình vẽ bên dưới. Nó bao gồm 3 cửa sổ
làm việc chính: Cửa sổ lệnh (Command Window), cửa sổ thư mục hiện tại (Current
Directory) và cửa sỏ chứa tập các lệnh đã được sử dụng (Command History).