thư viện tài liệu điện tàu thủy

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (831.75 KB, 125 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

Tác giả: Th.S Trần Anh Dũng, Ks vng c phỳc
Hiu ớnh: Th.s Vn a

Mô hình hoá hệ thống điện

HảI phòng - 2007
Mục lục

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

Lời nói đầu

Mơ hình hố và mơ phỏng là nột phơng pháp nghiên cứu khoa học để
nghiên cứu đối tợng, nó thay thế đối tợng bằng một mơ hình để nhằm thu
thập các thơng tin quan trọng về đối tợng bằng cách tiến hành các thực
nghiệm trên mô hình. Ngày nay với sự trợ giúp của các máy tính có tóc độ
cao mà phơng pháp mơ hình hố đợc phát triển mạnh mẽ và đợc ứng dụng
rộng rãi từ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, đến vận hành các hệ thống trong
mọi lĩnh vực của đời sống xã hội nh: Quân sự, kinh tế, xã hội…

Phơng pháp mơ hình hố thờng đợc sử dụng trong các trờng hợp sau đây:
1. Khi nghiên cứu trên hệ thống thực gặp khó khăn do nhiều ngun

nh©n:

- Giá thành nghiên cứu trên hệ thống thực quá đắt

- Nghiên cứu trên hệ thống thực ảnh hởng đến sản xuất hoặc gây nguy
hiểm cho con ngời cũng nh thiết bị

- Nghiên cứu trên hệ thống thực đòi hỏi thời gian quá dài

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

3. Phơng pháp mơ hình hố cho phép nghiên cứu hệ thống ngay cả khi
cha có hệ thống thực: Trong trờng hợp cha có hệ thống thực thì
nghiên cứu trên mơ hình là biện pháp duy nhất để đánh giá các chỉ
tiêu kỹ thuật, lựa chọn cấu trúc và các thông số tối u của hệ thống…
 Xuất phát từ tầm quan trọng đó nhóm tác giả đã tổng hợp và viết cuốn sách

M« hình hoá hệ thống điện . Cuốn sách trình bày mô hình toán của các

loi mỏy in,cỏc b bin đổi và hệ thống năng lợng điện từ đó mơ phóng
các hệ thống này trên máy tính. Có nhiều phần mềm cho phép ta mô phỏng
và nghiên cứu song phần mềm dễ sử dụng và đáp ứng đợc những yêu cầu
của đối tọng thực đó là phần mềm Matlab. Cuốn sách là tài liệu tham khảo
tốt cho các kỹ s, cán bộ kỹ thuật, sinh viên trong lĩnh vc cụng ngh.

Hải Phòng tháng 2 năm 2007

Nhóm tác giả

PHầN I: MÔ PHỏNG CáC THIếT Bị Và Hệ THốNG

NĂNG LƯợNG ĐIệN TRÊN TàU THUỷ

Chơng 1

Mụ hỡnh toỏn hc ca mỏy phỏt ng bộ

có chổi than

1.1: Thành lập hệ phơng trình của máy phát đồng bộ ở

hệ trục cố định.

1.1.1. Xét máy phát đồng bộ có cấu tạo nh hình vẽ, trong đó Ws: Cuộn dây 3
pha stato, Wf : Cuộn dây kích từ còn WD, Q

W

: Cuộn dây ổn định theo trục dọc
và ngang.

a

Ws

b

c

q

d



</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

Hình 1.1
Hệ(a,b,c) hệ cố định gắn liền với Stator

Hệ (d,q) hệ trục quay gắn liền với tốc độ quay của Rotor.



a,d





 : Gãc gi÷a trơc cuộn dây Stator pha A và trục dọc Rotor

Để đa ra các phơng trình của máy phát đồng bộ miêu tả mối quan hệ giữa
các đaị lợng điện áp, dịng điện và từ thơng móc vịng của các cuộn dây Stator,
kích từ và ổn định ta sử dụng định luật cảm ứng điện từ và định luật Khiec khốp
2.

Ta ký hiệu các đại lợng nh sau:

ua, ub, uc : Điện áp tức thời trên các cuộn dây pha ở Stato.

ia, ib, ic : Dòng điện trên các cuộn dây pha.

a, b, c : từ thông của các cuộn dây pha a,b,c ở Stato.

c
b
a r r

r

: điện trở thuần của các cuộn dây stato.

uf, if, f : Điện áp, dòng điện từ thông móc vòng của cuộn kích từ

rf: Điện trở thuÇn cuén kÝch tõ.

Q
D
Q
D
Q

D i r r

i , , , , ,

: dịng điện, từ thơng, điện trở thuần của cuộn ổn định theo
trục dọc và trục ngang.

1. Các phơng trình cân bằng điện áp của các cuộn dây.
Theo định luật kiechop 2:

ua=ea−ia. r (1.1)

ub=eb−ib. r

(1.2)

uc=ec− ic. r

(1.3)

Trong đó :

ea=−dψa

dt ; eb=−

dψb

;

ec=−

dψc

dt
Cuộn kích từ và cuộn ổn định:

uf=− ef+rf. if (1.4)

W

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

ef=−dψf

dt (1.5)

0=rD. iD− eD=iD.rD+dψD

dt (1.6)

0=iQ. rQ+dψQ

dt (1.7)

1.1.2. C¸c phơng trình tơng hỗ từ của các cuộn dây.

a. Để viết phơng trình tơng hỗ từ thì ta nhận thấy rằng từ thơng móc vịng của
một cuộn dây khơng những phụ thuộc dịng điện của cuộn dây đó mà còn phụ
thuộc vào tất cả các cuộn dây nằm trong mạch từ của máy mang dòng điện.
Xét mạch từ gồm 2 cuộn dâynh hình vẽ

H×nh 1.2

Theo định luật dòng điện toàn phần

Ta cã :



H.dl I

Giả thiết rằng tất cả các đờng từ thông của cuộn dây đều đi theo mạch từ
theo suốt chiều dài của mạch khi đó cờng độ từ trờng H=const





H.dl H.ltb ii1.w1 i2.w2

ở đó: 0

.
w.S.
.

.
.
.

















H

H
B

w
S
B

( Trong đó B là độ từ cảm đo bằng T, S Tiết diện mạch từ, l chiều dài mạch từ)
Nh vậy đối với cuộn 1:

i1

W1

i2

W2

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

H1=

ψ1
μ . μ0.W1. S

 H1=

ψ1. ltb

μ . μ0.W1. S

=i1.W1± i2. W2

→ψ1=W1

2. μ . μ
0

ltb . i1±

W1.W2. μ. μ0. S

ltb .i2=L1.i1± M12. i2

ở đó: tb ltb

S
W

W
M
l

S
W

L . . . ; 1. 2. . 0.
12

0
2
1
1











T¬ng tù víi cn 2: 2 L2.i2 M21.i1

Ta thấy: M 12 M21 Trong đó:L1,L2 :Hệ số tự cảm của cun dõy.

12 M

M Hệ số hỗ cảm của cuộn 1 và cuộn 2.

b. áp dụng công thức trên cho mạch từ của 6 cuộn dây:

a=La.ia+Mab. ib+Mac.ic+Maf. if+MaD. iD+MaQ. iQ (1.8)

ψb=Lb.ib+Mba.ia+Mbc. ic+Mbf.if+MbD. iD+MbQ. iQ (1.9)

ψc=Lc. ic+Mca.ia+Mcb. ib+Mcf.if+McD.iD+McQ.iQ (1.10)

ψf=Lf.if+Mfa. ia+Mfb. ib+Mfc. ic+Mfod.iod (1.11)

ψD=LD. iD+MDf.if+MDQ. iQ (1.12)

ψQ=LQ. iQ+MQf.if+MQD. iD (1.13)

Khi Rotor quay thì các hệ số tự cảm, hỗ cảm của các phơng trình trên
thay đổi. Nó thay đổi sau:

c. Xét sự thay đổi của La theo góc quay Rotor.


2
cos
.

Lm
Lo

La   (1.14)

a

9

0 Wf

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Hinh 1.3

Khi

0


 th× LaLoLmMax

Khi

90


 th× LaLo LmMin

H×nh 1.4

Tơng tự khi xét sự thay đổi của Lb,Lc theo góc quay Rotor.

Lb=L0+Lm. cos(2 γ +1200) (1.15)

Lc=L0+Lm. cos (2 γ −1200) (1.16)

H×nh 1.5

d. Sự thay đổi của Mab theo góc quay .

Ta nhận thấy hệ số hỗ cảm của cuộn dây pha a và pha b là âm vì góc lệch
pha giữa chóng lớn hơn90 . 0 Mabmaxkhi Rotor n»m chÝnh gi÷a 2 trơc a,b



600





 và đạt giá trị nhỏ nhất khi Rotor quay thêm 0

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

a

W

f

d

W

d

Mab=− M0+Mm. cos(2 γ 120

)

(1.17)

Tơng tự thì :
Mbc=− M0+Mm. cos 2 γ (1.18)

Mac=− M0+Mm.cos (2 γ +1200) (1.19)

Mối quan hệ này đợc thể hiện

Hỡnh 1.6

e. Quan hệ hệ số hỗ cảm giữa cuộn dây Stator và cuộn kích từ.

Sự thay đổi của Maf theo : Ta thấy khi 0thì khoảng cách của cuộn
kích từ và cuộn dây pha a sẽ là gần nhất và lúc này hệ số hỗ cảm Maf là max và
mang dấu (+) .

Khi

90


 thì trục của cuộn kích từ và trục của cuộn dây pha vng góc
nên chúng khơng tơng hỗ với nhau nên Maf 0.Tơng tự cho sự thay đổi của
các cuộn dây pha b, c với cuộn kích từ. Sự thay đổi này đợc thể hiện bằng công
thức :

180


</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

H×nh 1.7

Maf=Mf. cos γ
(1.20)

Mbf=Mf. cos(γ −1200)

(1.21)

Mcf=Mf. cos(γ+120

0
)
(1.22)

f. Quan hệ hệ số hỗ cảm giữa cuộn dây Stator và cuộn ổn định.

Tơng tự nh lí luận quan hệ hệ số hỗ cảm giữa cuộn dây Stator và cuộn kích
từ ta đợc:

MaD=MD.cos γ (1.23)

MbD=MD.cos (γ −120

0
)
(1.24)

McD=MD.cos (γ+1200)

(1.25)

MaQ=MQ. cos (γ+90

0
)
(1.26)

MbQ=MQ. cos(γ − 300)

(1.27)

McQ=MQ. cos (γ+210

0
)
(1.28)

Nhận xét : Vì cuộn kích từ và cuộn ổn định nằm trên và quay cùng với
Rotor cho nên các hệ số tự cảm cũng nh các hệ số hỗ cảm giữa chúng với nhau
là khơng đổi và khơng phụ thuộc vào vị trí Rotor do vậy Lf = LD = La = const.

Ta nhận đợc hệ phơng trình tốn của máy phát đồng bộ

ua=−ia. r −dψa
dt
(1.29)

ub=−ib. r −dψb
dt
(1.30)

uc=− ic.r −dψc
dt
(1.31)

uf=−if. rf−dψf

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

0=ioD. roD+dψoD

dt (1.33)

0=ioQ. roQ+dψoQ

dt (1.34)

ψa=La.ia+Mab. ib+Mac.ic+Maf. if+MaD. iD+MaQ. iQ (1.35)

ψf=Lf.if+Mfa. ia+Mfb. ib+Mfc. ic+Mfod.iod (1.38)

ψD=LD. iD+MDf.if+MDQ. iQ (1.39)

ψQ=LQ. iQ+MQf.if+MQD. iD (1.40)

La=L0+Lm. cos 2 γ

(1.41)

Lb=L0+Lm. cos(2 γ +1200) (1.42)

Lc=L0+Lm. cos (2 γ −120

) (1.43)

Maf=Mf. cos γ (1.44)

Mbf=Mf. cos(γ −1200) (1.45)

Mcf=Mf. cos(γ+1200) (1.46)

MaoD=MoD.cos γ (1.47)

MboD=MoD. cos (γ − 1200)
(1.48)

McoD=MoD.cos(γ +120

) (1.49)

const
Lf 

LD const, MfD const MDf

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

®iƯn = p

hinhhoc


(1.50)
Khi tiến hành mô phỏng thì ta phải sử dụng bớc tính nhỏ vì điện áp hình sin
có tần số khoảng (50-60)Hz. T 



0,017 0,02



s. 1.2:
Hệ PHƯƠNG TRìNH CủA MáY PHáT ĐồNG Bộ VIếT ở HƯ TRơC
QUAY

1.2.1. HƯ trơc quay:

Do tính chất phức tạp mơ hình tốn của máy phát đồng bộ viết ở hệ trục
cố định gây nhiều khó khăn cho q trình mơ phỏng, cho nên ta tìm cách đa mơ
hình tốn học của máy phát đồng bộ về một mơ hình mới viết ở hệ trục vng
góc( d,q) gắn liền với từ trờng quay Rotor. Hệ này gồm hai trục d và q vng
góc với nhau quay cùng với tốc độ quay rotor.

Trục d đặt dọc theo trục rotor gọi là trục dọc.
Trục q đặt ngang theo trục rotor gọi la trục ngang.

q
a

b
c

u d

u q
u



H×nh 1.8

q

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

ở hệ trục mới này ta sẽ nhận đợc các phơng trình có các hệ số khơng

đổi và có thể sử dụng ngay thơng số của máy. Cịn khi cần các thơng số thực thì
ta có thể sử dụng cơng thức chuyển đổi để tính.

1.2.2. Mối quan hệ giữa hai hệ trục
a. Lấy đại lợng điện áp để xét

q b

U q
U b

d
U

U c

U d

p
U a
0



H×nh 1.9

ua=ud. cos γ − uq.sin γ (1.51)

ub=ud. cos(γ −1200)− uq. sin(γ −1200) (1.52)

uc=ud. cos (γ +1200)− uq.sin (γ+1200) (1.53)

b. Dòng điện

ia=id. cos iq. sin γ (1.54)

ib=id. cos(γ −1200)−iq.sin (γ − 1200) (1.55)

ic=id.cos (γ+120

)− iq. sin(γ+1200) (1.56)

c. Tõ th«ng

Đối với từ thơng thì chiều dơng của trục đợc chọn trùng với chiều dơng
của điện áp, dòng điện.

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

q
u
i
d


q

d

H×nh 1.10

→ψa=−ψd. cos γ −ψq.sin γ

(1.57)

ψb=− ψd.cos(γ −1200)− ψq. sin(γ −1200)

(1.58)

ψc=−ψd. cos (γ +120

)−ψq. sin(γ+120

)

(1.59)

1.2.3. Biến đổi hệ phơng trình từ hệ (a,b,c) sang hệ (d,q)
+ Ta có:

. os .sin

a d q

u u c  u 

(1.60)

0 0

. os( 120 ) .sin( 120 )

b d q

u u c   u 

(1.61)

0 0

. os( +120 ) .sin( 120 )

c d q

u u c   u 

(1.62)
Nh©n (1.60) víi c os

(1.61) víi

os( 120 )

c  

(1.62) víi

os( +120 )

c 

Råi céng l¹i víi nhau:

)
120
(
2
sin
.
.
2
1
)
120
(
cos
.

)
120
(
2
sin
.
.
2
1
)
120
(
cos
.
2
sin
.
.
2
1
cos
.
)
120
cos(
.
)
120
cos(
.

cos
.
0
0
2
0
0
2
2
0
0

























q
d
q
d
q
d
c
b
a
u
u
u
u
u
u
u
u
u

ua.cos γ+ ub. cos (γ −1200)+uc. cos (γ+ 1200)=¿

¿ud.

[

cos2γ +cos2(γ −1200)+cos2(γ +1200)

]

−

−1

2. uq.

[

sin 2 γ +sin 2(γ −120

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>









cos cos 120 cos 120

a b c d

u u  u   u

ud=2

[

uacos +ubcos( 120

)+uccos (+1200)

]

(1.63)
Tơng tự: nhân (1.60) với sin 

(1.61) víi





sin  120

ψa. sin γ+ψb. sin(γ −120

)+ψc. sin(γ+1200)

]

(1.68)
Thực hiện chuyển đổi bằng cách thay các công thức biến đổi này vào các
phơng trình của máy phát đồng bộ ở hệ a, b, c.

Ta cã:

















dt
d
i
r
u

c
c
c

b
b
b

a
a

a





.
.
.

Nh vËy (1.63), (1.64) trë thµnh:

0 0

( . )cos ( . ).cos( 120 ) ( . ).cos( 120 )

a b c

d a b c

d d d

u i r i r i r

dt  dt  dt 

  

 

            

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>



























)
120
cos(
.
)
120
cos(
.
cos
.
)
120
cos(
.
)
120
cos(
.

cos
.
.
.
3
2
0
0
0
0









dt
d
dt
d
dt
d
i
i
i
r
u

c
b
a
c
b
a
d

BiÓu thøc ë trong cặp dấu ngoặc vuông thứ nhất d

i.

2
3

(theo cơng thức
biến đổi hệ trục đối với dịng điện)

Để tính biểu thức trong dấu ngoặc vng thứ hai trớc hết tính đại lợng

dt
dd

























































)
120
sin(
.
)
120
sin(
.
sin
.
.
)
120
cos(
.

)
120
cos(
.
cos
.
.
3
2
).
120
sin(
.
)
120
cos(
.
).
120
sin(
.
)
120
cos(
.
.
sin
.
cos
.

.
3
2
0
0
0
0
0
0
0
0






























c
b
a
c
b
a
c
c
b
b
a
a
d
dt
d
dt
d
dt
d
dt

d
dt
d
dt
d
dt
d
dt
d
dt
d
dt
d
q
d
c
b
a
dt
d
dt
d
dt
d
dt
d










.
)
120
cos(
.
)
120
cos(
.
cos
.
.
3

2 0 0










Nh vËy :

q
d
d
q
d
d
d
dt
d
i
r
dt
d
i
r

u .  . .  .

2
3
.
.
3
2









(1.69)
Tơng tự ta nhận đợc:

uq=−r .iq−dψq

dt +ω . ψd (1.70)

+ Các phơng trình do điện áp của cuộn ổn định và cuộn kích từ:
- Phơng trình cân bằng điện áp của cuộn kích từ :

Vì cuộn kích từ nằm trên rotor và quay cùng rotor và trục của nó nằm trùng với
trục của rotor nên phơng trình cân bằng điện áp của cuộn kích từ khi viết ở hệ
trục (d,q) vẫn không đổi:

uf=rf. if+dψf

dt (1.71)

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

0 . oD

D oD

d
r i

dt



 

(1.72)
Mặc dù cuộn ổn định gắn liền với rotor, quay cùng rotor nhng trục của
nó khơng trùng với trục của rotor do vậy khi viết ở hệ trục d,q nó vẫn có hai
thành phần theo trục dọc và trục ngang.

Gäi: ( , )

)
,
(

oD
oD

d
i
d









(1.72) trë thµnh:

0 . .

os os

D D

oD

i d

r

c  c  dt



 

0 . .

D
D oD

c d

i r

c dt






 

0=rD. iD+dψD

dt (1.73)

ở đó:

os
.

cos
D oD

c

r r 




điện trở thuần của cuộn ổn định theo trục dọc
Hoặc (1.72):

0 . .

sin sin

Q Q

oD

i d

r

dt

 



 

sin

0 . .

sin

Q

oD Q

d

r i

dt






 

0=rQ.iQ+dψQ
dt

(1.74)

sin
.

sin
Q oD

r r 




: điện trở thuần của cuộn ổn định theo thành phần trục ngang.
+ Các phơng trình tơng hỗ viết ở hệ (d,q):

Để chuyển đổi các phơng trình tơng hỗ giữa các cuộn dây từ hệ trục a,b,c
sang hệ trục (d,q) ngời ta đa ra một máy phát điện đồng bộ giả tởng gồm các
cuộn dây giả tởng gắn liền với hệ trục (d,q).

d : cuén stator gi¶ tëng theo trơc däc
q : cn stator gi¶ tëng theo trơc ngang
f : cn kÝch tõ gi¶ tëng

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

Q : cuộn ổn định giả tởng theo trục ngang

, , , ,

ds fs Ds qs Qs

  

, là các từ thông tản của các cuộn dây tơng ứng.

,
ad aq

: từ thông tơng hỗ giữa các cuộn dây

Hình 1.11

- Giả thiết rằng các cuộn dây trên cùng một trục thì có chung từ thông

t-ơng hỗ , còn các cuộn dây nằm khác nhau thì không tt-ơng hỗ với nhau vì
hai trục vuông góc nhau

- Giả thiết rằng từ thông móc vòng của mỗi cuộn dây sẽ là từ thông tổng

ca t thụng tn của mỗi cuộn dây đó với cuộn dây tơng hỗ

ψd=ψds+ψad

ψq=ψqs+ψaq

ψf=ψfs+ψad

ψD=ψDs+ψad

ψQ=ψQs+ψaq

V× cảm kháng tỷ lệ với từ thông do vậy mà :

Xd=Xds+Xad

Xq=Xqs+Xaq

Xf=Xfs+Xad

XD=XDs+Xad

q

ds

fs Ds

0 d

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

XQ=XQs+Xaq

Ta nhận thấy từ thông tản cđa cn stator theo trơc däc vµ trơc ngang lµ

gần bằng nhau nên ta có thể coi:

ds qs  s Xds Xqs Xs

- Trở kháng gồm hai thành phần: XdS XqS XS

- Cỏc phơng trình tính từ thơng tổng các cuộn dây đợc tính theo nhận

định trên:

Ta cã:

0 0

b c

os + os( 120 ) os( 120 )
3

d  ac  c  c  

        

(1.75)

0 0

b c

os + os( 120 ) os( 120 )
3

q  ac  c  c  

        

(1.76)
Thay:

ψc=Lc. ic+Mcb. ib+Mca. ic+Mcf.if+McD. iD+McQ.iQ

ia=id. cos γ − iq. sin γ

ia=id. cos(γ −1200)−iq.sin (γ − 1200)

ib=id. cos(γ+120

)−iq.sin (γ+ 1200)

La=L0+Lm. cos 2 γ

Mab=− M0+Mm. cos(2 γ −1200)

Maf=Mf. cos γ

MaoD=MoD.cos γ

ioD= iD
cos γ

iDQ= iD
sin γ

ψd=− Ld.id+MdD. iD+Mdf. if

ψq=Lq. iq+MdQ. iQ

:
d

L

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

:
dD

M

Hệ số hỗ cảm của cuộn stator với cuộn ổn định

df

M

HÖ số hỗ cảm của cuộn stator với cuộn kích từ

:
dQ

M

H số hỗ cảm của cuộn stator với cuộn ổn định theo trục ngang

Tất cả các hệ số này đều là các hệ số khơng đợc tính trên cơ sở các phép
tính, biến đổi. Nó phụ thuộc vào các hệ số :Lo, Mo, Lm, Mm, Mf, MoD nhng

không phụ thuộc vào góc quay của roto  nên nó là các h s khụng i.

Chẳng hạn:

q m

m
d

L
M

L
L

L
M

L
L

.
2
3
.
2
3

0
0









Bằng các phép biến đổi tơng tự ngời ta đa ra phơng trình từ thơng tổng
cuộn ổn định và cuộn kích từ theo từng trục d và q nh sau:

 f L if.f  M idf.f M ifD D. (1.77)

 D L iD D.  M iDd.d M iDf.f (1.78)

 Q L iQ Q. M iQq.q (1.79)

Theo giả thiết tất cả các hệ số hỗ cảm theo cùng một trục thì bằng nhau
và các cuộn dây trên cùng một trục thì có cùng một hệ số hỗ cảm :

Dd fD Df

df fD
qQ Qq

M M M M M

M M

   









Suy ra các phơng trình của máy phát đồng bộ viết ở hệ (d,q):

ud=−r . id+dψd

dt +ω. ψq (1.80)

uq=−r .iq+dψq

dt +ω. ψd (1.81)

uf=r .if+

dψf

dt (1.82)

0=rD. iD+dψD

</div>
(20)<div class='page_container' data-page=20>

0=rQ.iQ+dψQ

dt (1.84)

ψd=− Ld.id+MdD. iD+Mdf. if (1.85)

ψq=Lq. iq+MdQ. iQ

(1.86)

ψf=Lf.if+MfD.iD− Mfd.id

(1.87)

ψD=LD. iD− MdD.id− MfD. if (1.88)

ψQ=LQ. iQ+MQq. iq
(1.89)

1.2.4. Hệ phơng trình máy phát đồng bộ viết ở hệ trục
(d,q) và giá trị tơng đối.

- Khi mô phỏng thông thờng ngời ta nghiên cứu các đại lợng ở giá trị tơng đối
để khảo sát máy điện về mặt định tính. Nếu muốn định lợng thì

ngời ta tính giá trị tơng đối nhân với giá trị so sánh cơ bản.
a) Chọn các đại lợng so sánh cơ bản:

- Điện áp Stato:

2
.
3

n
b

U
U 

: Biên độ điện áp pha định mc.

- Dòng điện Stato:

2
.

n
b I

I

- Vận tốc quay:

n
n

b f
  2

- Dßng kÝch tõ:

kt
I
Ifb  f

: (Dịng kích từ khi máy phát khơng tải và điện ỏp mỏy phỏt l
nh mc)

- Từ thông móc vòng cuộn kích từ:

fb
f
fKT

fb L .I

- Từ thông móc vòng cuén Stato:

b


: Chọn là từ thông khi máy phát không tải và điện áp là định mức

ud=−r . id+

dψd

</div>
(21)<div class='page_container' data-page=21>

uq=r .iqdq

dt +. d

Khi không tải thì id iq 0 

0


dt
d

dt

dd q

 





d
q
q
d
u
u




.
.
2
2
2
2 .
q
d
q
d u

u

u     

b
b

u .

hay
b
b
b
b

b L i

u
.

Lb : Giá trị cơ bản của hệ số tự cảm cuộn Stator khi không tải

fb
df
b
f

df
d
Q
q
q
q
q
f
df
D
d
f
df
d
d
d
i
M
i
M
i
M
i
L
i
M
i
M
i
M

i
L
.
.
0
.
.
.
.
.
.
Q
D

- Điện trở cuộn Stator:

b
b
b
b
b L
I
U

Z .

- Dũng điện ổn định theo trục dọc:

d
b
Db

M
I 

- Từ thơng móc vòng cuộn ổn định theo trục dọc:

Db
b I

L .

Db 



- Dịng điện, từ thơng móc vịng cuộn ổn định theo trục ngang:

;
qQ
b
Qb

M
i  

Qb L .Q IQb

- Từ thông tổng cuộn ổn định theo trục dọc:

Db
D
Db L .i


b) Chuyển đổi hệ phơng trình về giá trị tơng đối.

</div>
(22)<div class='page_container' data-page=22>

q
d

d
d

dt

d

i

r

u





.









.



⇔ ud

Ub

=−r .id

Ub

+ 1

Ub

.dψd

dt +

ω.ψq
Ub

⇔ ud

Ub

=− r . id

Zb. Ib

+ 1

ωb. ψb
.dψd

dt +

ω.ψq
ωb. ψb

⇔ud

❑

=−r❑.id❑+ 1

ωb.
dψd❑

dt +ω

❑. ψ

q

❑

(1.90)

Phơng trình cân bằng điện áp cuộn stator theo trôc ngang:

d
q
q
q
dt
d
i
r

u  .   .

⇔ uq

Ub

=−r .iq

Ub

+ 1

Ub

.dψq

dt +

ω . ψd
Ub

⇔ uq

Ub

=− r . iq

Zb. Ib

+ 1

b. b
.dq

dt +

. d
b. b

uq

=r.iq+ 1

b.
dq

dt +

.

d

(1.91)

- Phơng trình cân bằng điện áp cuộn kích từ:

uf=rf. if+df
dt

uf

Ufb

=rf.if

Ufb

+ 1

Ufb

.df

uf

Ufb

=− rf.if

rf. Ifb

+ 1

rf.ψfb

.dψf
dt

⇔u❑f

=i❑f +Tf.dψf

❑
dt
(1.92)
f
f
f
r

L
T 

</div>
(23)<div class='page_container' data-page=23>

- Phơng trình cân bằng điện áp cuộn ổn định theo trục dọc:
dt
.
.
1
.
.
0
dt
.
0
D
D


d
i
r
I
r
i
r
d
i
r
Db
D

Db
D
D
D
D
D





⇔0=iD
❑

+ LD

rD.ψDb
.dψD

⇔0=i❑D

+TD.dψD

❑

dt (1.93)

ở đó : D

D
D r

L
T 

: Hằng số thời gian của cuộn ổn định theo trục dọc
- Phơng trình cân bằng điện áp cuộn ổn định theo trục ngang:

⇔0=rQ. iQ+dψQ
dt

⇔0= rQ. iQ

rQ. IQb

+ 1

rQ. iQb
.dψQ

⇔0=i❑Q

+ LQ

rQ. iQb

.dψQ
dt

⇔0=i❑Q

+TQ.dψQ

❑

dt (1.94)

ở đó : Q

Q
Q

r
L
T 

: Hằng số thời gian của cuộn ổn định theo trục ngang
- Phơng trình tính từ thơng tổngcủa cuộn stator theo trục dọc:

b
b
D
d
b
b
f

df
b
b
d
d
d
b
D
d
b
f
df
b
d
d
b
d
D
d
f
df
d
d
d
I
L
i
M
I
L

i
M
I
L
i
L
i
M
i
M
i
L
i
M
i
M
i
L
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

D
*
D
D





















b
D
d
b
f

df
d
b
d
d

i

M

i

M

i

L







.



.



.



</div>
(24)<div class='page_container' data-page=24>

Ta cã: d Ld.id Mdf.if MdD.iD
Khi kh«ng tải thì:

d
Q
qQ
q
q
q
f
df
d

i
M
i
L
i
M

0
.
.
.

b db Mdf.Ifb MdD.IDb
Nh vËy (1.95) trë thµnh:

ψ❑d

=Ld

Lb

. i❑d

+ Mdf. i

Mdf. Ifb

+ MdD.iD

MdD. IDb

⇔ψd

❑

=−ωb. Ld

ωb. Lb
.id

❑

+if❑+i❑D

⇔ψd❑

=− Xd.id+if +iD (1.96)

- Phơng trình tính từ thông tổngcủa cuộn Stator theo trôc ngang:

Q

qQ
q
q

q L . i M .i

b
Q
qQ
b
q
q
b

q L i M i



 . .




Do: b L .b Ib
Qb
qQ
b M .I

b
Q

b
q
b
b
q
b
q
I
i
I
i
L
L


 .
.
.
*



*
*
*
* .
Q
q
q
q X i i



(1.97)

q
b

q L

X  .

: Trở kháng đồng bộ cuộn stator theo trục ngang.

q

L

: HƯ sè tù c¶m cđa cn stator theo trơc ngang.

- Phơng trình tính từ thông tổng của cuộn kích từ:

</div>
(25)<div class='page_container' data-page=25>

Do: 















df
b
b
f
df
b
f
fb
f
fb
Db
dD
b
fb
df
b
b
b
b
M
I
L
L

M
L
I
L
I
M
I
M
I
L
.
.
.
.
.
.
.





*
D
*
*
*
D
*
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
D
d
f
df
fD
d
b
f
df
fd
f
f
Db
df
d
f
D

fD
b
df
b
f
d
fd
fb
f
f
f
f
i
M
L
M
M
i
L
L
M
M
i
I
M
M
L
i
M
I

M
L
L
i
M
I
L
i
L










Ta cã:
*
d
b
d X
L
L

;








 *
.
.
d
b
d
b
d X
X
X
L
L



⇒ Lb=

Ld
X❑d

⇒ψf❑

=if❑−Mfd. Mdf

Lf. Ld

. X❑d
. id❑

+MfD. Mdf

Lf. MdD
.iD

(1.98)

Đặt: f d

f
f
L
L
Md
d
M .

: hệ số tơng quan cuộn kÝch tõ vµ cn stato theo
trơc däc.

Do giả thiết rằng các cuộn dây giả tởng của máy phát đồng bộ nằm trên trục
cùng một trục có chung từ thông hỗ cảm là adđối với trục d,aqđối với trục q

- C¸c hƯ số hỗ cảm của các cuộn dây nằm trên cùng trục phải bằng nhau.
Cho nên:











Qq
qQ
Df
fD
Dd
d
fd
df
M
M
M
M
M
M
M
M D

Xd , Xf , XD : trë kháng tự cảm của các cuộn dây d, f, D

</div>
(26)<div class='page_container' data-page=26>

Xad : Trở kháng hỗ cảm chung cho các cuộn nằm trên trục dọc

Xaq : trở kháng hỗ trợ chung cho các cuộn nằm trên trục ngang

XdS , XfS , XDS :Trë kh¸ng khuÕch t¸n (tản) của các cuộn d,f,D

XqS , XQS : Trở kh¸ng khuÕch t¸n c¸c cuén q,Q

Ta cã:

XdS = XqS = XS : Trë kh¸ng khuÕch t¸n cuén stato thờng có trong hồ

sơ tài liệu máy.

Xd=XS+Xad

Xf=XfS+Xad

XD=XDS+Xad

Xq=XS+Xaq

XQ=XQS+Xaq

T nhng nhn định trên ta có:

f
d
ad
d
f
ad

ad
d
X
X
X
X
X
X
X
.
.
. 2



D
1
.
d
f
df
fD
M
L
M
M
g 

: HƯ sè t¬ng quan cuộn dây kích từ và cuộn stator theo trục dọc
*

1
*
*
*
* . . .
D
d
d
d
f

f i  X i g i

  

(1.99)

- Phơng trình tính từ thơng tổng của cuộn ổn định:
+) D LD.iD  MDd.id MDf.if

Db
f
Df
Db
d
Dd
Db
D
D
Db

D L i M i M i





 . . .




Ta cã:

b dD Db

</div>
(27)<div class='page_container' data-page=27>

b
d
b
D
d
b
D
Db

D M I

L
L

M
L
I

L . . . .

D
D

Db   

 

fb
d
df
D
d
b
D
Db

D M I

M
L
M
L
I

L . . . .

D
D

Db   




fb
d
df
D
f
Df
b
d
b
D
d
Db
Db
D
D
D
D
I
M
M

L
i
M
I
M
L
L
i
M
I
L
i
L
.
.
.
.
.
.
.
.
D
D
*
*





*
D
*
D
*
* .
.
.
.
.
.
f
df
D
d
Df
d
b
D
d
Dd
D
D i
M
L
M
M
i
L
L

M
M

i  




Ta l¹i cã:

*
d
d
b
X
L
L 
;

*
.
.
d
d
b
d
d
b
b
X
L
X
X
L
X
L

*
D
*
*
D
*
* .
.

.
.
.
.
.
f
df
D
d
Df
d
d
d
D
d
Dd
D
D i
M
L
M
M
i
X
L
L
M
M

i

Đặt: D d

d
Dd
d
L
L
M
M
.
. D
'



: Hệ số tơng quan cuộn ổn định và cuộn stator theo trục
dọc
D df
d
Df
M
L
M
M
g
.

. D
2 

: Hệ số tơng quan cuộn ổn định và cuộn kích từ theo trục
dọc
*
2
*
*
'
*
* . . .
f
d
d
d
D

D i   X i g i


(1.100)
+) Theo trôc ngang:

Q LQ. iQ MQq.iq

Qb
q
Qq
Qb

Q
Q
Qb

</div>
(28)<div class='page_container' data-page=28>

b qQ Qb
b
b
b
Qb
Q
Qb
I
M
I
L
I
L
.
.
.







b
b
Q

b
Q
Qb

Q M I

L
L
M
L
I

L . . . .

qQ
qQ

Qb   

 
qQ
b
b
Q
q
Qq
Qb
Q
Q
Q

Qb
Q
M
I
L
L
i
M
I
L
i
L
.
.
.
.
.





*
2
* .

. b q
Q
Qq
Q

Qb
Q i
L
L
M
i

Ta lại có:

*
*
2
*
*
*
.
.
.
.
.
.
q
q
q
Q
Qq

Q
Q
q
q
b
q
q
b
b
i
X
L
L
M
i
X
L
X
L
L
X
L

Đặt Q q

Qq
q
Q
Qq
q
X
X
X
L
L
M
.
.
2
2



*
*
*
* . .
q
q

d
Q

Q i  X i

  



(1.111)

Nh vậy ta nhận đợc hệ phơng trình sau:
*

*
*
*

* . 1 . .

q
d
b
d
d
dt
d
i

r

u   

 



(1.112)
*
*
*
*
*

* . 1 . .

d
q
b
q
q
dt
d
i
r

u   

</div>
(29)<div class='page_container' data-page=29>

dt

d
T
i D
D
D
*
* .

0  

(1.115)

0=iQ❑

+TQ.dψQ

❑
dt (1.116)
*
*
*
*
* .
D
f
d
d

d  X i i i


(1.117)
*
*
*
* .
Q
q
q
q X i i

(1.upload.123doc.net)
*
1
*
*
*
* . . .
D
d
d
d
f

f i   X i g i

(1.119)
*
2
*
*

'
*
* . . .
f
d
d
d
D

D i   X i g i

(1.120)
*
*
*
* . .
q
q
d
Q

Q i  X i

  
(1.121)
Trong đó:
f
d
ad
d

f
ad
ad
d

X

.





d
D
ad
d
D
d
Dd
d
X
X
X
L
L

M
M
.
.
. 2
D
'



f
ad
d
f
df
fD
X
X
M
L
M
M

g  

D
1
.
D
ad

df
D
d
Df
X
X
M
L
M
M

g  

.
. D
2
q
Q
Qq
q
Q
Qq
q
X
X
X
L
L
M
.

.
2
2




Khi sử dụng hệ phơng trình của máy phát đồng bộ ở hệ tơng đối ta quy
-ớc bỏ dấu (*), nhng ngầm định các đại lợng đều đo ở giá trị tơng đối. Trừ một
số đại lng c bit.

1.3: TíNH TOáN CáC THÔNG Số MáY PHáT §åNG Bé

1.3.1. Lý thuyÕt:

</div>
(30)<div class='page_container' data-page=30>

còn một số khác nh hệ số tơng quan, hằng số thời gian của cuộn ổn định thì
khơng tra cứu ngay đợc mà phải tính tốn từ các thơng số khác thờng trong hồ
sơ có các thơng số sau : Pn ,Un , In , fn :

Những thông số định mc .

r : Điện trở thuần cuộn stator ( ).

rf : §iƯn trë cn kÝch tõ ( ).
Xd : Trë kh¸ng theo trơc d .
Xq : Trë kh¸ng theo trôc q.

Xs : Trở kháng tản của cuộn stato chung cho cả 2 trục d và q
( cho ở gía trị tơng đối ) .

d

X

: Trở kháng quá độ theo trục d .

d

X

: Trở kháng siêu quá độ theo trục d .

q

X

: Trở kháng siêu quá độ theo truc q .
Td : Hằng số thời gian của cuộn kích từ .

d

T

: Hằng số thời gian siêu quá độ của cuộn stato theo trục dọc .

q

T

: Hằng số thời gian siêu quá độ của cuộn stato theo trục ngang .

Nh vậy để viết hệ phơng trình của máy phát đồng bộ cần phải tính tốn các thơng số :

, , , 1, 2, , .

Q
D
d

q

d   g g T T


Trở kháng siêu quá độ đợc xác định bằng tỷ số giữa gia số của từ thơng tăng với gia
số dịng điện

øng víi tõng trơc .

q
q
q

d
d
d

i
X










  " 

" ;

Cịn trở kháng quá độ cũng đợc định nghĩa nh trở kháng siêu q độ nhng khơng tính
cuộn ổn

định . X q Xq
'

.
Tìm công thức tính

d

X

và
"

q

X

</div>
(31)<div class='page_container' data-page=31>

d  Xd.id if iD  d  Xd.id if iD
Ta cã :

D
d

d
d
f

f i   .X .i g1.i


.
f
d
d
d
D

D i .X .i g2.i
'


 

.

 f if  d.Xd.id g1.iD 0.

 . . 2. 0









D iD d Xd id g if

Do đặc thù trong cấu trúc của máy phát đồng bộ là quán tính các cuộn dây đặt trờn
roto ln hn

nhiều quán tính của cuộn dây stato.

 cã thĨ gi¶ thiÕt r»ng f D 0 nÕu so s¸nh chóng víi d .

Khi đó ta tính đợc i f, iD theo id:

d
d
d
d
f i
g
g
g
X

i 



 .
.
1
.
.
2
1
1
'


.
d
d
d
d
d i
g
g
g
X
i

.

.
1
.
.
2
1
2
' 

.

Thay các biểu thức tính iD và if vào phơng trình d ta sẽ có:









d
d
d
d

d g g i

g
g

X 















2
1
1
'
2
.
1
1
.
1
.
1
.  

.




d
d
d

d
d
d X
g
g
g
g
i
X .
.
1
1
.
1
.
1
2
1
1
'
2
"

.
Mặt khác :

D
ad
f
ad
q
Q
aq
q
d
D
ad
d
d
f
ad
d
X
X
g

X
X
g
X
X
X
X
X
X
X
X
X

1 2

</div>
(32)<div class='page_container' data-page=32>

ad
S
D
ad
S
f
ad
S
d
X
X

X
X
X
X
X
X
X







Sau khi biến đổi ta thu đợc biểu thức tính
"
d
X
:
DS
fS
ad
S
d
X
X
X
X
X
1

1
1
1
"




1.122
Đại lợng trở kháng quá độ của cuộn stato theo trục dọc

d

X

đợc định
nghĩa tơng tự nh đại lợng trở kháng siêu quá độ nhng bỏ qua cuộn ổn định.

fS
ad
S
d
X
X
X
X
1
1

1
'



1.123 
Bằng phép biến đổi tơng tự nh trên ta nhận đợc công thức tính

"
q
X
:
QS
aq
S
q
X
X
X
X
1
1
1
"



1.124
Từ (1.122), (1.123), (1.124) ngời ta đa ra sơ đồ thay thế của máy phát
đồng bộ nh sau:

"
d
X
S
X
ad

X XfS XDS

'
d
X
S
X
ad

X XfS

"
q
X
S
X
aq

X XQS

</div>
(33)<div class='page_container' data-page=33>

Từ các công thức thu đợc, ngời ta đa ra phơng pháp tính các hệ số trong hệ

phơng trình của

máy phát đồng bộ nh sau:

;
.
2
d
f
ad
d
X
X
X


D d
ad
d X X

X
.
2
'


;
;
1
f

ad
X
X
g 
D
ad
X
X
g 2

;
;
.
2
q
Q
aq
q
X
X
X



* TÝnh d:

Xd XS Xad  Xad Xd  XS

Xf XfS Xad; ad fS

S
d
X
X
X
X
1
1
1
'




;
1
1
1
'
ad
S
d
fS
X
X
X
X





f d
ad
d X X

X




* TÝnh TD:

Hằng số thời gian siêu quá độ cuộn stator và cuộn ổn định có thể coi
bằng nhau:

"
"
D
d T
T 

Ta cã :

b D
D
D

D
D
r
X
r
L
T
.



b D
D
D
r
X
T
.
"
"




"
"
D
D
D
D

X
X
T
T








 "
"
D
D
d
D
X
X
T
T
hay

"
".
D
D
d
D

X
X
T
T 


ad S fS

</div>
(34)<div class='page_container' data-page=34>

Tơng tự ta nhận đợc:
"
"
"
"
"
"
"
"
"
.
.
.
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q

b
Q
Q
Q
Q
Q
b
Q
Q
Q
Q
Q
q
X
X
T
T
X
X
T
T
r
X
r
L
T
r
X
r
L

T
T
T











"
".
Q
Q
q
Q X
X
T
T 


Ta cã: aq QS

S
q
X

X
X
X
1
1
1
"




Nªn: aq S

QS
Q
X
X
X
X
1
1
1
"




NÕu trong máy chỉ cho biết
"

d

T

1.3.2-Bài tập :

Cho máy phát đồng bộ MCC 92-4, công suất là 100kW. Trong hồ sơ tài liệu
cho:

Un = 400V, In = 181A, fn 50Hz , r = 0.032 (), Xd = 2 (t®), Xq = 0.83 (t®),

XS = 0.065, 0.25

'

d
X
,
17
.
0
"

d
X

, 0.19

"


q

X

, Tf 1.64(s), 0.018( )

" s

Td 

Tính tốn các thơng số và viết phơng trình của máy phát đồng bộ ở hệ trục
d, q theo giá trị tơng đối.

Gi¶i .
)
(
3
2
.
400
2
.
3 V
U
U n

b  

 

A

I

Ib  n. 2 181. 2

 







 1,27

181
.
3
400
b
b
b
I
U
Z



rad s



fn

n

</div>
(35)<div class='page_container' data-page=35>

Ta cã:

89
,
0
177
,
2
935
,
1
86
,
0
2
.
177
,
2
935
,
1
.
177
,
2
935
,
1
242
,
0

242
,
0
205
,
0
1
935
,
1
1
065
,
0
17
,
0
1
1
1
1
1
1
904
,
0
14
,
2
935

,
1
875
,
0
2
.
14
,
2
935
,
1
.
14
,
2
935
,
1
205
,
0
205
,
0
935
,
1
1

065
,
0
25
,
0
1
1
1
1
1
935
,
1
065
,
0
2
025
,
0
27
,
1
032
,
0
2
2
'

"
1
2
2
'
*















































D
ad
d
D
ad
d
ad
DS

D
fS
ad
S
d
DS
f
ad
d
f
ad
d
ad
fS
f
ad
S
d
fS
S
d
ad
b
X
X
g
X
X
X
X

X
X
X
X
X
X
X
X
X
g
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Z
r
r



TÝnh : Xaq

914
,
0
765
,
0
149
,
0
149
,
0
765
,
0
1
065
,
0
19
,
0
1
1
1
1
1
765
,

0
065
,
0
83
,
0
'




















aq
QS

Q
aq
S
q
QS
aq
QS
Q
S
q
aq
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X

</div>
(36)<div class='page_container' data-page=36>

V×:
29
,
0
205

,
0
1
065
,
0
1
935
,
1
1
1
242
,
0
1
1
1
1
"









fS

S
ad
DS
D
X
X
X
X
X

21
,
0
065
,
0
1
765
,
0
1
1
149
,
0
1
1
1
"








S
qS
QS
Q
X
X
X
X

 

s
X
X
T
X
X
T
T
Q
Q
d
Q
Q
q

Q 0,21 0,078

914
,
0
.
018
,
0
.

. " "
"
"





Vậy hệ phơng trình của máy phát đồng bộ đã cho viết ở hệ d,q và giá trị
t-ơng đối nh sau :

q
d
d
d
dt
d
i

u 0,025. 0,0032.  .

d
q
q
q
dt
d
i

u 0,025.  0,0032.  .

dt
d
i

uf  f 1,64. f

dt
d
i D
D

.
135
,
0
0 

dt

d
iQ 0,078. Q
0 

D
d
f

d i  2.i i


Q
q
q 0,83.i i


D
d

f

f i  0,875.2.i 0,904.i


f
d

D

D i  0,86.2.i 0,89.i



q
Q

Q i 0,77.0,83.i


1.4: ĐƠN GIảN HOá Hệ PHƯƠNG TRìNH MáY PHáT ĐồNG Bộ
Để đơn giản hố việc mơ phỏng máy phát đồng bộ nhằm đơn giản hố q
trình xây dựng mơ hình

</div>
(37)<div class='page_container' data-page=37>

của máy . Tuy nhiên khi lợc bỏ đi thì kết quả mơ phỏng thu đợc sẽ có độ chính
xác thấp , ảnh hởng

đến cả quá trình tĩnh và động. Mặc dù vậy nó vẫn thoả mãn đợc 1 số yêu cầu cơ
bản của bài toán đề ra.

Để đơn giản hoá máy phát đồng bộ ta nhận những giả thiết sau :

- Bỏ qua cuộn ổn định thì những phơng trình nào liên quan đến cuộn ổn
định sẽ đợc bỏ đi.

- Bỏ qua điện trở thuần của cuộn stator .

- Bỏ đi thành phần không tuần hoàn của cuộn stator tức lµ :




dt
d
dt

dd q

- Coi tốc độ quay của động cơ lai máy phát luôn không đổi và bằng tốc
độ định mức thì    







  .

Ta cã hÖ sau:

(1.80)  ud q (1.125)

(1.81)  uq d (1.126)

(1.82)  dt

d
T
i

uf  f  f. f

(1.127)
(1.83), (1.84), (1.88), (1.89)  bá qua

(1.85)  d  Xd.id if (1.128)

(1.86)  q X .qiq (1.129)

(1.87) f ifd.Xd.id (1.130)

ud=Xq. id

(1.131)

uq=− Xd. iq+if

(1.132)

ψf=if− μd. Xd. id

(1.133)

uf=if+Tf.dψf

(1.134)

</div>
(38)<div class='page_container' data-page=38>

Ch¬ng 2

Mơ hình tốn học của tải đối xứng

H×nh 2.1

Tải đợc nối hình sao có:
c

b
a R R

R , ,

: Điện trở thuần các pha
c

b
a L L

L , ,

: Điện cảm ở các pha
c

b
a i i

i , ,

</div>
(39)<div class='page_container' data-page=39>

a b c n
n
c
b
a
L
L
L
L
R
R

R
R







Vì tải đối xứng nên có thể coi điện thế điểm o’ của tải và điện thế điểm o của
máy phát là bằng nhau.

2.1. Mơ hình tốn học của tải đối xứng ở hệ trục đứng yên
(a,b,c)

ua=Ra. ia+La.dia

dt (2.1)

ub=Rb. ib+Lb.dib

dt (2.2)

uc=Rc.ic+Lc.dic

dt (2.3)

2.1. 2. Mô hình toán học viết ở hệ d,q

+) liờn kết hệ phơng trình của tải với hệ phơng trình của máy phát đồng bộ
viết ở hệ trục quay (d,q) ta biến đổi phơng trình của tải.

+) Ta đã biết khi biến đổi từ (a,b,c)  (d,q)

ud=
2

[

ua.cos γ+ub. cos (γ − 120

)+uc. cos(γ+1200)

]

(2.4)

uq=−2

[

ua.sin γ+ub. sin(γ −120

)+uc. sin(γ+1200)

]

(2.5)
Ta biến đổi ud còn uq tơng tự:








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

 . . . .cos . . .cos( 120 ) . . .cos( 120 )
3

2 0 0




dt
di
L
i
R
dt
di
L
i
R
dt
di
L
i
R
u c
c
c
c
b
b
b
b
a
a
a

a
d











.cos .cos 1200 .cos 1200



.
.
3
2





 Rn ia  ib  ic 




















 . . .cos .cos 1200 cos 1200

3
2



dt
di
dt
di
dt
di

L a b c

n

Ta l¹i cã :





)
120
cos(
.
)
120
cos(
.
cos
.

.
3

2 0 0







 a  b  c 

d i i i

i

</div>
(40)<div class='page_container' data-page=40>

dia

dt . cos γ − ia. sin γ .

dγ

dt +
dib

dt . cos(γ −120

)− ib. sin(γ −1200).dγ
dt +¿
did

dt =
2
3.¿

+dic

dt .cos (γ+120

)− ic. sin(γ +1200).dγ

dt ¿




















 . .cos .cos 1200 .cos 1200
3
2



dt
di
dt
di
dt

dia b c













dt

d
i

i

ia.sin b.sin 120 c.sin 120 . 
.

2 0 0






















 .cos 120 .cos 120 .

cos
.
.
3

2 0 0

q
c
b
a i
dt
di
dt
di
dt
di













Nh vËy :









 n d n d q

d i
dt
di
L
i
R

u . . .

3
.
.
3
2


⇔ud=Rn. id+Ln.did

dt − ω. Ln. iq (2.6)
+) Hoàn toàn tơng tự ta nhận đợc:

n d

q
n
q
n

q L i

dt
di
L
i
R

u  .  .  . .

(2.7)

Thay 
n
n

X
L 

ta đợc:

ud=Rn.id+Xn

ω .

did

dt − Xn.iq (2.8)

uq=Rn. iq+Xn

ω .

diq

dt − Xn. id (2.9)

2.1.3. Đa hệ phơng trình của tải về giá trị tơng đối:
+) Chọn các giá tr so sỏnh c bn:

- Đối với điện áp :

3
2
.
n
b U
U

</div>
(41)<div class='page_container' data-page=41>

- Dòng điện :

2
.

n
b I

I

In : dòng điện định mức của tải, phải nhỏ hơn dịng điện định mức của máy

ph¸t

b
b
b I

U
Z 

Tõ :

q
n
d
n
d
n

d X i

dt
di
X
i
R

u  .  .  .


⇔ ud

Ub

=Rn. id

Zb. ib

+ Xn

ω . Zb

.did

Ib. dt

−Xn. iq

Zb. Ib

⇔u❑d

=R❑n . i❑d+Xn

❑

ω .

did❑

dt − Xn

❑

. i❑q (2.10)

T¬ng tù :

*
*
*
*
*

* . . .

d
n
q
n
q
n

q X i

dt
di
X
i
R

u   

 (2.11)

Hệ phơng trình mới thu đợc bỏ dấu (*) ngầm định các đại lợng viết ở giá trị
tơng đối, tuy nhiên còn đại lợng  đợc viết ở giá trị thật. Để tránh nhầm lẫn với
 trong hệ phơng trình của máy phát ta ký hiệu đại lợng thật là T . Ta nhận

đ-ợc:

ud=Rn.id+Xn

ω .

did

dt − Xn.iq
(2.12)

uq=Rn. iq+Xn

ω .

diq

dt − Xn. id

</div>
(42)<div class='page_container' data-page=42>

Ch¬ng 3

Mơ hình tốn học của động cơ khơng đồng bộ

3.1. Hệ phơng trình của động cơ dị bộ ở hệ trục quay
(d,q)

3 ( ~ ) M

M c
M e

r

§ C K § B
H×nh 3.1

Từ cấu trúc và nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ ta nhật thấy
động cơ có 3 phơng trình sau.

- Phơng trình cân bằng điện áp ở mạch roto và stato.

- Phơng trình cân bằng từ thơng (tơng hỗ) giữa roto và stato.
- Phơng trình cân bằng mơmen trên trục ca ng c v ti.

3.1.1. Hệ phơng trình cân bằng điện áp.

a) Phơng trình cân bằng điện áp mạch stato.

</div>
(43)<div class='page_container' data-page=43>

Hình 3.2

(với r là điện trở thuần 1 pha a.)

(3.1)

ViÖc quy íc dt

d

e a

a



xuất phát từ quy định về chiều dơng của từ
thơng móc vịng cuộn stato của động cơ khơng đồng bộ.

T¬ng tù:

ub=ib. rb+dψb

dt (3.2)

uc=ic. rc+dψc

dt (3.3)

(ta có ra rb rc rn).
Trong đó:

- ua, ub, uc : điện áp đặt lên các pha của động cơ.
- ia, ib, ic : dòng điện chạy trong mỗi pha của động cơ.
- a, b, c : từ thơng móc vòng của các cuộn dây stato.
- ra = rb = rc = r : điện trở thuần ở các pha.

áp dụng các công thức chuyển đổi từ hệ trục (a,b,c) sang trục (d,q). Tơng tự

nh máy phát đồng bộ. Chú ý vectơ  móc vịng trong chế độ động cơ thì quy
định về chiều dơng của vectơ điện áp và dòng điện.

.
.

dt
d
r
i
u

dt
d
e

r
i
e
u

a
a

a
a
a
a








</div>
(44)<div class='page_container' data-page=44>

ud=r .id+ 1

ωb

.dψd

dt − ωs. ψq (3.4)

ud=r .id+ 1

ωb
.dψd

dt − ωs. ψq (3.5)

Với : s là tốc độ quay của từ trờng quay stato.
r là tốc độ quay của roto (s  r).

Phơng trình (3.4) và (3.5) là phơng trình cân bằng điện áp mạch stato viết ở
hệ trục (d,q) và các đại lợng trên đã viết ở đại lợng tơng đối, còn b là gía trị
thực .

b. Phơng trình cân bằng điện áp của động cơ dị bộ ở mạch roto.

Về cơ bản cách viết phơng trình cân bằng điện áp của mạch roto cũng
giống nh các phơng trình cân bằng điện áp của cuộn ổn định ở máy phát đồng
bộ. Nó gồm có 2 thành phần dọc trục và ngang trục nhng chúng ta chú ý đến
các thành phần này ở hệ trục (D,Q) gắn liền với tốc độ quay của roto.  là góc
lệch giữa hệ trục (d,q) và hệ (D,Q).

d

D

q

Q

Qa


 r

Da

Q

i

Da

i

D

i

r

i

Qa

i

S

r

Hình 3.3

Phơng trình cân bằng điện ¸p ë hÖ (D,Q) nh sau.

dt

d
i

rD.Da Da

0  

(3.6)

dt

d
i

rQ.Qa Qa

0  

</div>
(45)<div class='page_container' data-page=45>

Do mạch từ của động cơ không đồng bộ ngời ta đã thiết kế đối xứng
theo hai trục dọc và ngang, nên R, L, φ là bằng nhau  rD = rQ.

Để có thể ghép nối các phơng trình cân bằng điện áp của mạch rotor với
mạch stator ta phải chuyển đổi hai phơng trình trên sang hệ trục (d, q)

Trên hệ toạ độ (d, q) ir có hai thành phần iD và iQ  hệ toạ độ (D, Q) ir có
iDa , iQa :

Ta có cơng thức chuyển đổi hệ trục:














sin
.
cos
.
sin
.
cos
.
D
Q
Qa
Q
D
Da
i
i
i
i
i
i

T¬ng tù víi tõ th«ng ta cã :



















sin
.
cos
.
sin
.
cos
.
D
Q
Qa
Q

D
Da

Thay i Da, Da vào (3.6) ta nhận đợc:





dt
d
dt
d
dt
d
dt
d
i
i

r D D Q Q

Q
D
D













 .sin .cos .sin . .sin .cos .

cos
.
.

0     





















dt
d
dt
d
i
r
dt
d
dt
d
i

r D Q Q Q Q D

D
D








. . . sin . . .

cos
0

Biểu thức trên luôn đúng với mọi , do vậy đồng nhất hai vế ta nhận đợc hệ
ph-ơng trình:

.
0
.
.
0
.
.






dt
d
dt
d
i
r
dt
d
dt
d
i
r
Q
Q

Q
D
Q
D
D
D







Ta l¹i cã :

S
S
S
r
S
r
S
Q
D
S
dt
d
r
r









.
. 






( S

r
S
S


 


</div>
(46)<div class='page_container' data-page=46>

⇒
rD. iD+dψD

dt − ψQ. S . ωS=0

rQ. iQ+

dψQ

dt − ψD. S . ωS=0
¿{

(3.8)

(3.9)

3.1. 2. Các phơng trình tơng hỗ giữa mạch roto và stato.

Để viết các phơng trình tính từ thơng móc vịng của động cơ khơng đồng
bộ ngời ta đa ra 1 động cơ không đồng bộ giả tởng, động cơ giả tởng này sẻ có
các cuộn dây giả tởng ở các trục d và q nh sau:

- d là cuộn dây stato theo trục dọc.
- q là cuộn dây stato theo trục ngang.

- D,Q là cuộn dây roto theo trơc doc vµ trơc ngang.

Hình 3.4

Ta có các phơng trình.

ψd=Ld.id+MdD.iD (3.10)

ψq=Lq. iq+MqQ. iQ (3.11)

ψD=LD. iD+MDd. id (3.12)

ψQ=LQ. iQ+MQq. iQ (3.13)

ở đó:

L: Hệ số tự cảm của các cuộn d©y

ds

fs Ds

0 d

</div>
(47)<div class='page_container' data-page=47>

M: Hệ số hỗ cảm từng cặp cuộn d©y

3. Phơng trình cân bằng mơmen trên trục động cơ.

Me− Mc=J .dωr

dt (3.14)

Trong đó: Me là mơmen điện từ hay là mômen quay.

Mc là mômen cản của tải.
J là mơmen qn tính
Ta đã biết Me c tớnh theo:

Me=3

2(d. iq q.id) (3.15)

3. 2. ĐƯA Hệ PHƯƠNG TRìNH CủA ĐộNG CƠ KHÔNG ĐồNG Bộ
Về GIá TRị TƯƠNG ĐốI

3. 2.1. Chọn giá trị so sánh cơ b¶n.

- §iƯn ¸p stato :

.
3
2
n
b U

U 

Biên độ điện áp pha định mức
- Dòng điện :

Ib  2In

- Tæng trë :

b
b
b

I
U
Z 

- C«ng suÊt :

b n n b b

I
U
I

U
P

2
3

3 



Công suất định mức của động cơ

- Tốc độ :

b n 2.fn

- M«men :

b
b
b

P
M

</div>
(48)<div class='page_container' data-page=48>

- Tõ th«ng :

.
.
b
b
b
b
b
b
b
b
U

L
Z
U
I
L

   

b: Giái trị từ thông móc vịng của stato khi động cơ khơng tải hồn

tồn và quay với tốc độ định mức.
- Dòng điện roto :

Qq
b
Qb
dD
b
Db
M
I
M
I



 .

- Tõ th«ng mãc vßng roto :

Qb Q Qb

Db
D
Db
I
L
I
L





3. 2.2. Thực hiện chuyển đổi .

+ Các pt (3.4), (3.5) đã viết ở giái trị tơng đối .
+ Từ pt (3.8).

*
*
*
Db
D
D
D
.
.

.
dt
.
.
.
.
dt
.
.
.
dt
0
.
.
dt
.
Q
S
D
D
D
D
Db
Q
S
Db
D
D
D
S

Q
D
D
S
Q
D
D
S
i
L
r
d
S
I
L
i
r
d
S
i
r
d
S
d
i
r






























(V×
Qb
Db
Qb
Db

Q
D
qQ
d
I
I
L
L
M
M

 










D
)

*
*
*
.
.

dt r S Q

</div>
(49)<div class='page_container' data-page=49>

Trong đó Q
Q
D
D
r r
L
r
L
T  

là hằng số thời gian của mạch rotor.
+ Từ pt(3.9) : Tơng tự (3.8) ta nhận đợc:

*
*
*
.
.

dt r S D

Q
Q
S
T
i

d






(3.17)

Tr : Đợc dùng để biểu diễn động cơ không đồng bộ là roto lồng sóc hay dây
quấn.

+ Tõ pt(3.10) :

ψd=Ld.id+MdD.iD

⇔ψd

ψb

=Ld.id

Lb. Ib

+ MdD.iD

MdD. IDb

⇔ψd❑

=Ld

Lb

.id❑

+i❑D

⇔ψd

❑

=X❑. i❑d+i❑D (3.18)

( V×:
X
X
X
X
X
L
L
L
L
q
d
b
d
b
d

b

d    *  * 

.
.



)
+ Tõ pt (3.11) : T¬ng tù (3.10)

*
*
*
* .
Q
q
q X i i


(3.19)
+ Tõ pt (3.12) :

Db
d
Dd
Db
D
D

D
Db
D
d
Dd
D
D
D
i
M
I
L
i
L
i
M
i
L




.
.
.
.
.







Do c¸ch chän

</div>
(50)<div class='page_container' data-page=50>



d
D
d
Dd
L
L
M
M
.
. D

: Hệ số tơng quan của mạch roto và stato theo trục dọc, hệ
số này chung cho cả hai trục d vµ q.

*
*
*
* . .
d
D

D i X i

  



(3.20)
+ Từ pt (3.13) : Tơng tự (3.12) ta nhận đợc:

*
*
*
* . .
q
Q

Q i X i

  
(3.21)
D d
d
Dd
q
Q
Qq
L
L
M
M
L

L
M
M
.
.
.

. qQ D






+ Tõ pt (3.14) :





dt
d
J
M
M
M
dt
d
J
M
M
M

M
M
dt
d
J
M
M
r
b
b
c
e
b
r
b
b
b
c
b
e
r
c
e
*
*
* . . .
.
.
.
.

.




















dt
d
M
J
M
M r
b
b
c

e
*
*
* . . 



dt
d
T
M
M r
M
c
e
*
*
* . 



(3.22)









b
b
M
M
J
T .

: H»ng sè thêi gian c¬ khÝ
+ Tõ pt (3.15) :


















b
d
q
b
q

d
b
e
d
q
q
d
e
M
i
M
i
M
M
i
i
M
.
.
.
2
3
.
.
.
2
3





Do
b
b
b
b
b
b
b
b I
I
U
P

M . .

</div>
(51)<div class='page_container' data-page=51>

(3.15)
















b
b
d
q
b
b
q
d
e
I
i
I
i
M
.
.
2
3
.
.
.
2
3
.
.
2
3
*






*
*
*
*
* . .
d
q
q
d

e i i

M  



(3.23)
Nh vậy ta nhận đợc 10 phơng trình sau khi viết ở hệ trục tơng đối ngầm
định bỏ dấu (*).

q
S
d
b
d

d
dt
d
i
r

u   

 . .
1
.  

(3.24)
d
S
q
b
q
q
dt
d
i
r

u   

 . .
1
.  


(3.25)
Q
ST
r
D
D S
T
i
d



.
.

dt   (3.26)

(ST: VËn tèc tõ trêng quay ë giá trị thật)

D
ST
r
Q
Q S
T
i
d

.
.

dt (3.27)

D
d
d X.i i

 (3.28)

Q
q
q X.i i


(3.29)

d
D

D i X..i

  

(3.30)

q
Q

Q i X..i

  
(3.31)
dt
d
T
M
M r
M
c
e

.


(3.32)
d
q
q
d

e i i

M  .  .

(3.33)

+ Hệ phơng trình trên đợc viết chung cho động cơ khơng đồng bộ roto lồng
sóc và roto dây quấn, nhng cuộn stato đợc nối hình sao. Để chuyển từ roto lồng

sóc sang roto dây quấn chỉ cần giảm giái trị Tr là c.

</div>
(52)<div class='page_container' data-page=52>

- Vế trái của phơng trình (3.24) , (3.25) ta nhân lên 3 lần, vế phải giữ
nguyên

- Các phơng trình còn lại vẫn giữ nguyên

3.3. TíNH TOáN CáC THÔNG Số CủA ĐộNG CƠ KHÔNG ĐồNG Bộ

+) Ta nhận thấy trở kháng của từng cuộn dây bao gồm hai thành phần: Trở
kháng của bản thân cuộn dây và trở kháng hỗ cảm giữa các cuộn d©y.

+) Ta có sơ đồ tơng đơng của động cơ khơng đồng bộ. Vì mạch từ của động cơ
là đối xứng nên sơ đồ

tơng đơng theo trục dọc và ngang giống nhau.
Sơ đồ tơng đơng cho cả hai trục:

X

m

X

'
2

X

'
2

r
r

H×nh 3.5

r : Điện trở thuần cuộn stato
X1 : Trở kháng cuộn stato

Xm : Trở kháng hỗ cảm mạch stato và mạch roto

'
2

X : Trở kháng mạch roto

'
2

r : Điện trở thuần mạch roto

Nh vy tr khỏng ng b cuộn stato X = X1 + Xm
Trở kháng mạch roto Xr =

'
2

X + X

m
Khi đó hằng số thời gian mạch roto:

'
2
'

2 .r

X
r
L
T

b
r
r

r





</div>
(53)<div class='page_container' data-page=53>

X X
X

L
L
M
M
r
m
d
D
d
Dd
.
.
. 2
D 



Ví dụ: Tính tốn thơng số của động cơ không đồng bộ.

Một động cơ không đồng bộ roto lồng sóc 4A160 M80 M2
Có:

cos 0.75

6
.
25
400
U
W

11
n




n
n
n
A
I
V
K
P
  






337
.
1
239
.
0
7
.
17

23
.
18
'
2
'
2
X
r
X
X
m
 


57
.
0
50
/
730
r
Hz
f
p
v
n
n
n

u cầu tính tốn thơng số và viết ra hệ phơng trình động cơ ở giá trị tơng
đối

Gi¶i.

 



rad s



f
I
U
Z
I
I
U
U
n
n
b
b
b
b
n
b
n
b
/
314
50

.
2
.
2
6
,
8
6
,
25
.
3
400
2
.
6
,
25
2
.
2
.
3
400
2
.
3


















 

91
,
0
23
,
18
.
037
,
19
7
,
17

.
253
,
0
239
,
0
.
314
037
,
19
.
037
,
19
7
,
17
337
,
1
12
,
2
6
,
8
23
,

18
066
,
0
6
,
8
57
,
0
2
2
'
2
'
2
*
*



















X
X
X
s
r
X
T
X
X
X
td
Z
X
X
td
Z
r
r
r
m
b
r
r
m

r
b
b



</div>
(54)<div class='page_container' data-page=54>

S d
q
q
q
q
S
d
d
d
dt
d
i
u
dt
d
i
u






.

.
314
1
.
066
,
0
.
.
314
1
.
066
,
0







( Nếu f fn thì S 1(tđ) )

Q
ST
D

D i S

dt
d



.
.
253
,
0 


( NÕu f fn th× ST 314)

q
Q
Q
d
D
D
Q
q
q
D
d
d
D
ST

Q
Q
i
i
i
i
i
i
i
i
S
i
dt
d
.
12
,
2
.
91
,
0
.
12
,
2
.
91
,
0

.
12
,
2
.
12
,
2
.
.
253
,
0


















;
. 







dt
d
T
M
M r
M
c
e


TM 



1 2



s
d

q
q
d

e i i

M  .  .

3. 4 . Đơn giản hoá hệ phơng trình của động cơ 
khơng đồng bộ

Trong hệ phơng trình của động cơ khơng đồng bộ có thể bỏ đi những
thành phần khơng ảnh hởng đến tính ổn định của động cơ và không gây ra sai
số lớn.

Cụ thể:

- Bỏ qua thành phần không tuần hoàn trong phơng trình cân bằng điện áp

cuộn Stator
( coi
0

dt
d
dt

dd q

)

Nh vậy các phơng trình cân bằng điện áp cuộn Stator còn lại:

ud=r .id cos q (3.34)

uq=r . iq−cos ψd (3.35)

</div>
(55)<div class='page_container' data-page=55>

Chơng 4

MÔ HìNH TOáN HọC CủA Bộ Tự ĐộNG ĐIềU

CHỉNH ĐIệN áP

4.1. Nguyên lý làm việc của bộ tự động điều chỉnh điện

¸p.

4.1.1 Cấu tạo ( Sơ đồ khối )

+
+
+

C Ç u C . L u
§ C S C

M F Đ B
K T

K ê n h đ i ệ n á p

K ª n h d ß n g ® i Ư n

B é H C § A

e



u

H×nh 4.1

+ Đây là bộ tự động điều chỉnh điện áp làm việc theo nguyên lý phức hợp
pha và điều chỉnh theo độ lệch.

Trong đó: Kênh điện áp có chức năng tạo ra tín hiệu tỷ lệ với điện áp máy phát
Kênh dịng có chức năng tạo ra tín hiệu tỷ lệ với dịng điện máy phát
Bộ hiệu chỉnh điẹn áp có chức năng tạo ra tín hiệu tỷ lệ với độ lệch giữa điện
áp của máy phát UF và điệ áp chuẩn Un

Gọi tín hiệu ra là 1

).
(

TP
k

U
U

e n

ở đây Un : điện áp chuẩn, T : hằng sè thêi gian

k : hằng số khuếch đại của bộ hiệu chỉnh điện áp

</div>
(56)<div class='page_container' data-page=56>

Tín hiệu ra của bộ cộng qua bộ chỉnh lu thành một chiều sau đó cấp cho
cun kớch t.

4.1.2 Nguyên lý làm việc :

- Quay MF bởi động cơ sơ cấp, tại thời điểm ban đầu do hin tng t d

trong MFĐB sẽ làm xuất hiện điện áp d trên cuộn Stator của máy.
E0 = ( 2  5 )% U®m

Điện áp d này qua kênh điện áp, cầu chỉnh lu sẽ làm xuất hiện điện áp
kích từ ban đầu cho cuộn kích từ. Khi dịng kích từ xuất hiện sẽ làm tăng giá trị
của điện áp cuộn stator của máy phát. Điện áp máy phát mới này bị qua kênh
điện áp và cầu chỉnh lu bị cấp thêm cho cuộn kích từ. Cứ nh vậy đến khi điện
áp của máy phát bằng điện áp định mức. Khi điện áp máy phát đạt giá trị định
mức thì bộ hiệu chỉnh điện áp sẽ có tác dụng làm ổn định điện áp máy phát
bằng giá trị định mức. Cụ thể nếu điện áp máy phát mà nhỏ hơn điện áp định
mức thì tín hiệu áp đa đến bộ hiệu chỉnh điện áp sẽ nhỏ hơn giá trị điện áp

chuẩn Un. Khi đó E tăng lên làm cho dịng kích từ cũng tăng lên làm cho

điện áp máy phát tăng lên đạt đúng giá trị điện áp chuẩn mà ta đặt ban đầu.
Ng-ợc lại khi điện áp máy phát mà tăng lên so với định mức.

Khi máy phát tự kích xong ngời ta tiến hành đóng tải cho máy phát. Nếu
tải cơng tác xong thì chúng có thể tự ngắt ra hay ta tiến hành ngắt bằng tay.
Quá trình đóng và ngắt tải nh vậy sẽ làm cho điện áp máy phát dao động. Để
làm ổn định giá trị điện áp cho máy phát thì bộ hiệu chỉnh điện áp và kênh
dịng làm việc.

4.1.3 Mơ hình tốn học của bộ tự động điều chỉnh điện áp.

- Căn cứ vào nguyên lý hoạt động và sơ đồ nguyên lý của bộ tự động điều

chỉnh điện áp, ta có điện áp kích từ đợc tính :

uf=Ku.u+Ki. i+ Δe (4.1)

Δe=(un−u). K

TP+1

Ku : Hệ số khuếch đại kênh áp
Ki : Hệ số khuếch đại kênh dịng

Để liên kết với mơ hình tốn học của máy phát đồng bộ ở giá trị tơng đối,
ngời ta phải đa các phơng trình của bộ tự động điều chỉnh điện áp về giá trị
tơng đối.

Mặt khác, khi MF ổn định ở giá trị định mức thì E0 do vậy:
*

*
*
*

* K .u K .i

uf  u  i

</div>
(57)<div class='page_container' data-page=57>






















d
d
d
f
f

f
f
f
f

d
d
f
q

q
q
d

i
X
i

dt
d
T
i
u

i
X
i
u

i
X
u

.
.
.

)
.
.(

.
.









 uf uq Xd.id (4.3)

Nh vậy để có sự đồng nhất hai phơng trình (4.1) và (4.2) khi viết phơng
trình của bộ tự động điều chỉnh điện áp ở giá trị tơng đối, ngời ta phải thiết kế
bộ tự động điều chỉnh điện áp sao cho giá trị điện áp kích từ ở đơn vị tơng đối.

uf=uq+Xd.id+Δe (4.4)

Δe=(un−u). K

TP+1

Ngoài ra do hiện tợng bÃo hoà từ mà điện áp kích từ không thể tăng mÃi

c. n lỳc đó nó bị bão hồ, tức là ta có U f U fma.

Theo quan điểm kỹ thuật, không nên tạo ra lợng dự trữ quá lớn cho dòng
kích từ, nên khi thiết kế bộ hiệu chỉnh điện áp ngời ta cũng không cho lợng E
quá lớn hoặc quá bé.

 E eEmax

H×nh 4.2

Suy ra:

uf=uq+Xd.id+Δe (4.5)

Uf≤ Ufmax (4.6)

Δe=(un−u). K

TP+1 (4.7)

max

E
e
E  


 (4.8)

</div>
(58)<div class='page_container' data-page=58>

T 0 ,1 0,2 (S)

1
5
,
0
max

5
,
4
4
max










n
f

u
E
U

Ch¬ng 5

øNG DụNG SIMULINK TRONG MATLAB XÂY DựNG

MÔ HìNH CáC Hệ THốNG NĂNG LƯợNG Và

TRUYềN ĐộNG ĐIệN TàU THUỷ

5.1 KH

I QU

T CHUNG V

Ề

PHẦN MỀM

</div>
(59)<div class='page_container' data-page=59>

5.1.1 KHÁI NIỆM VÀ CHỨC NĂNG.

MATLAB ( Matrix Laboratory ) là phần mềm ứng dụng chạy

trong môi trường Windows ,dùng để mô phỏng các hệ thống điều

khiển dưới dạng hệ phương trình trạng thái hoặc sơ đồ cấu trúc,

thực hiện các phép toán về xử lý ma trận, xử lý tín hiệu cũng như

xử lý đồ hoạ.

Simulink là một thư viện trợ giúp của Matlab dùng để mơ

hình hố, mơ phỏng và phân tích các hệ thống . Đặc điểm của

Simulink là lập trình ở dạng sơ đồ cấu trúc của hệ thống. Nghĩa là ,

để mô phỏng một hệ thống đang được mơ tả ở dạng phương trình vi

phân, phương trình trạng thái, hàm truyền đạt hay sơ đồ cấu trúc thì

chúng ta cần chuyển sang chương trình Simulink dưới dạng các

khối cơ bản khác nhau theo cấu trúc cần khảo sát. Với cách lập

trình như vậy người nghiên cứu hệ thống sẽ thấy trực quan và dễ

hiểu hơn.

5.1.2 CÁC KHỐI TRONG THƯ VIỆN SIMULINK

5.1.2.1 Thư viện các khối Sources ( Khối phát tín hiệu ):

Th vi n n y g m các kh i t o ngu n tín hi u khác nhau.

ư ệ

à

ồ

ố ạ

ồ

ệ

Trong th vi n Sources có các kh i nh trong b ng d

ư ệ

ố

ư

ả

ướ đ

i ây:

Tên khối

Chức năng

Band-Limited White

Noise

</div>
(60)<div class='page_container' data-page=60>

Constant

Tạo đại lượng khơng đổi, tín hiệu đầu

vào khơng đổi

Digital Clock

Cấp thời gian, với thời gian lấy mẫu

Discrete

Pulse

Generator

Khối phát tín hiệu dao động rời rạc

From Workspace

Đọc dữ liệu trong vùng nhớ đệm

From file

Đọc dữ liệu từ một file

Pule Generator

Tạo các xung với các chu kỳ khác

nhau

Ramp

Phát tín hiệu đường y= ax +b

Random Number

Tạo các số ngẫu nhiên phân bố chuẩn

Repeating Sequence

Tạo tín hiệu tuỳ ý lặp lại theo chu kỳ

Signal Generator

Tạo các dạng tín hiệu khác nhau

Sine Wave

Tạo tín hiệu hình sin

Step

Tạo tín hiệu dạng hàm bậc thang đơn

vị (hàm bước nhảy)

Uniform

Random

Number

Tạo các số ngẫu nhiên phân bố đều

5.1.2.2 Thư viện các khối Sinks.

ây g m các kh i dùng

hi n th ho c ghi l i k t qu

Ở đ

ồ

ố

để ể

ị

ặ

ạ ế

ả

mô ph ng

ỏ

ở đầ

u ra m t kh i trong h th ng

ộ

ố

ệ

ố

đượ

c kh o sát.

ả

Trong th vi n Sinks có các kh i sau:

ư ệ

ố

Tên khối

Chức năng

</div>
(61)<div class='page_container' data-page=61>

Scope

Khối quan sát

Stop simulation

Ngừng q trình mơ phỏng khi lượng

vào khác khơng

To File

Ghi dữ liệu vào File

To Workspace

Ghi dữ liệu vào vùng làm việc

XY graph

Hiển thị đồ thị XY của tín hiệu trên cử

sổ đồ thị MATLAB

5.1.2.3 Thư viện các khối Discrete ( tín hiệu rời rạc hay tín hiệu

số Z ).

Th vi n n y có các kh i c b n c a h th ng r i r c, các

ư ệ

à

ố ơ ả

ủ

ệ ố

ờ ạ

kh i tính toán trong mi n th i gian r i r c. C th bao g m các

ố

ề

ờ

ờ ạ

ụ ể

ồ

kh i nh trong b ng sau:

ố

ư

ả

Tên khối

Chức năng

Discrete Transfer Ecn

Biểu diễn hàm truyền trong hệ rời rạc

Discrete Zero- pole

Biểu diễn hàm truyền trong hệ rời rạc

thông qua Pole và Zero

Discrete -Filter

Biểu diễn các bộ lọc HR và FIR

Discrete State- Space

Biểu diễn hệ thống trong không gian

trạng thái rời rạc

</div>
(62)<div class='page_container' data-page=62>

Integrator

theo thời gian

Fist Order Hold

Khâu tạo dạng bậc nhất

Unit Display

Hiển thị tín hiệu trong một chu kỳ rời

rạc

Zero order Hold

Khâu tạo dạng bậc thang không

5.1.2.4 Thư viện các khối Continuous.

Trong thư viện này có các khối của hệ thống liên tục tuyến

tính, các khối biểu diễn các hàm tuyến tính chuẩn. Thư viện gồm

các khối sau:

Tên khối

Chức năng

Derivative

Tính vi phân theo thời gian của lượng

vào ( d/dt)

Integrator

Tích phân tín hiệu

Memory

Bộ nhớ ghi lại dữ liệu

State- Space

Biểu diễn hệ thống trong khơng gian

trạng thái tuyến tính

Transfer Fcn

Hàm truyền đạt tuyến tính của các

khâu hoặc hệ thống

Transport Delay

Giữ chậm lượng vào theo giá trị thời

gian cho trước.

Variable

Transport

Delay

Giữ chậm lượng vào với khoảng thời

gian biến đổi

</div>
(63)<div class='page_container' data-page=63>

5.1.2.5 Thư viện các khối Nonlinear ( các khâu phi tuyến ).

Thư viện Nonlinear có các khối biểu diễn các hàm phi tuyến

điển hình các khối trong hệ thống phi tuyến. Cụ thể bao gồm các

khối sau:

Dead Zone

Mô tả vùng không nhạy (vùng chết).

Quantizer

Lượng tử hố tìn hiệu vào trong các

khoảng xác định.

Rate Limiter

Hạn chế phạm vi thay đổi của tín hiệu

Relay

Khâu rơle.

Saturation

Khâu bão hồ tín hiệu (khâu hạn chế).

Switch

Chuyển mạch giữa hai lượng vào.

5.1.2.6 Thư viên khối Signal & System :

Thư viện Signal & System có các khối biểu diễn tín hiệu và

hệ thống. Cụ thể bao gồm các khối chính như sau :

Tên khối

Chức năng

Sub&Systems

Xây dựng hệ thống con bên trong hệ

thống lớn

In1

Tạo cổng vào cho một hệ thống

Demux (phân kênh)

Tách tín hiệu véctơ thành các tín hiệu

vơ hướng

</div>
(64)<div class='page_container' data-page=64>

Out1

Tạo cổng ra cho một hệ thống

5.1.2.7 Thư viện chứa các khối toán học Math:

Th vi n Math có các kh i bi u di n h m toán h c. C th

ư ệ

ố

ể

ễ

à

ọ

ụ ể

bao g m các kh i chính nh sau:

ồ

ố

ư

Tên khối

Chức năng

Abs

Biểu diễn giá trị tuyệt đối của lượng

vào

Combuanatoril logic

Biểu diễn bảng chân lý.

Product

Thực hiện nhân các lượng vào

Gain

Bộ (khâu) khuyếch đại

Matrix gain

BKĐ có hệ số khuyếch đại là một Ma

trận

Math function

Các hàm tốn học

MinMax

Tìn giá trị min, max

Relational

Tốn tử quan hệ

Sum

Tính tổng của các lượng vào

Trigonometric Function Hàm lượng giác

Ngồi ra cịn các thư viện như :

+ Thư viện chứa các khối Function & Tables.

+ Thư viện các khối mở rộng của Simulink.

</div>
(65)<div class='page_container' data-page=65>

(Tin häc øng dông)

5.3. Mô phỏng q trình tự kích của máy phát đồng bộ

5.3.1. Hệ phơng trình của máy phát đồng bộ và bộ tự động
điều chỉnh điện áp trong q trình tự kích.

- Trong quá trình tự kích, máy phát làm việc không tải nên dòng điện

mỏy phỏt cú th coi bng 0, giả thiết rằng tốc độ động cơ lai nS.cấp =
const và bằng giá trị định mức.

Nh vËy ta cã hệ phơng trình sau:

ud=. Xq.iq=0 (5.1)

u=.(if Xd.id)=if Xd. id=if (5.2)

uf=if+Tf.

df

dt (5.3)

ψf=if− μd. Xd. id=if (5.4)

uf=uq+Xd.id+Δe=uq+Δe (5.5)

uf≤ ufmax (5.6)

Δe=(un−u). K

TP+1 (5.7)

max

E
e
E

(5.8)

5.3.2. Xây dựng mô hình:

dt
d
T
i

uf f f. f

(5.9)

T S

i
u

f
f
f
f

1
.
1
).
( 



(5.10)

f
f
q i

u

u  

</div>
(66)<div class='page_container' data-page=66>

Hình 5.1

Hình 5.2

Quá trình tự kích bao giờ cũng xuất phát từ gía trị điện áp d, nh vậy giá
trị điện áp ban đầu của máy phát

u = E0 = 5% U®m = 0,05 (t®)

Trong cửa sổ tham số khối tích phân cần phải có giá trị ban đầu là 0,05
5.3.3. Thực nghiệm trên mô hình :

- Kho sỏt thi gian t kớch ca máy phát đồng bộ

Tf,T càng lớn thì ttk càng lớn và ngợc lại.

</div>
(67)<div class='page_container' data-page=67>

- Khảo sát độ quá chỉnh:

%
100
.
max

Udm
Udm

U

Hệ số k càng lớn thì càng lớn và ngợc lại.

5.4. Mơ phỏng q trình đóng tải đối xứng R - L vo mỏy
phỏt ng b.

5.4.1. Hệ phơng trình cđa hƯ thèng

+ ud .Xq.iq (5.12)

uq .(if  Xd.id) (5.13)

dt

d
T
i

uf  f  f. f

(5.14)

f if  d.Xd.id (5.15)

Phơng trình (5.12), (5.13), (5.14), (5.15) dùng để xây dựng mơ hình con của
máy phát đồng bộ.

+ Hệ phơng trình của bộ tự động điều chỉnh điện áp:

uf uq  Xd.id e (5.16)

u f Uf max (5.17)

).
(







TP
k
u
u

e n

(5.18)

 EmaxeEmax (5.19)

+ Hệ phơng trình của tải R-L

ud=rn.id− Xn. iq+Xn

ωT
.did

(5.20)

uq=rn. iq− Xn. id+Xn

ωT

.diq

dt (5.21)

</div>
(68)<div class='page_container' data-page=68>

- Đối với điện áp và dòng điện của máy phát đồng bộ

. 2

.
3
nMF
bMF

nMF
bMF

I
I

U
U




- Víi t¶i:

. 2

2
.
3
nT
bT

nT
bT

I
I

U
U




Điện áp địng mức của tải và của máy phát phải bằng nhau, và dòng định
mức của tải phải nhỏ hơn dòng định mức của máy phát.

Nh vậy ta nhận đợc:

UbMF UbT  UMF* UT*

IbMF IbT  iMF* iT*  iMF* k.iT*

nMF

nT
nMF

nT

P
P
I

I

k  

k: hƯ sè c«ng st giữa tải và máy phát ( k < 1 ).
5.4.2. Xây dựng mô hình:

- Để xây dựng mô hình của một hệ thống phức tạp ngời ta thờng chia mô

</div>
(69)<div class='page_container' data-page=69>

H×nh 5.3

+ Mơ hình con của bộ máy phát đồng bộ:
- Đầu vào là : id, iq, uf

- Đầu ra là : ud , uq, u

+ Mơ hình bộ tự động điều chỉnh điện áp:
- Đầu vào là : uq, id, u

- Đầu ra là : uf
+ Tải R-L:

- Đầu vào là : ud, uq

- Đầu ra là : id, iq, i

Khi ghép nối lại chúng ta chú ý đến Kp, Kp1 là hệ số đồng nhất
1

p
p K

K
K  

</div>
(70)<div class='page_container' data-page=70>

H×nh 5.4

Ta thÊy :

- Coi tốc độ động cơ sơ cấp lai máy phát luôn không đổi và bằng giá trị

định mức   1

- Q trình địng tải chỉ thực hiện khi xong q trình tự kích, nh vậy điện

áp của máy phát đạt định mức.
u = 1 và dịng điện i = 0

Từ phơng trình ta nhận đợc:








u
i

u
u

f
f
f
q
d




Do đó trong mơ hình con của máy phát đồng bộ cần đặt điều kiện ban đầu
cho khối tích phân tính  f là 1.

b) Mơ hình con của bộ tự động điều chỉnh điện áp.
Các thông số:

10 25

1
5
,
0
max

,
4
4
max











K
E
uf

2
,
0
1
,
0





r

</div>
(71)<div class='page_container' data-page=71>

H×nh 5.5

c) Mô hình tải R-L.

Hình 5.6

Đối với tải:

2
2

n
n

n r X

Z  

, cos  0,8

Do vËy: NÕu chän Zn 1  rn 0,8 , Xn 0,6

Zn 2  rn 1,6 , Xn 1,2
Khơng cần điều kiện đầu cho khối tích phân ở mơ hình tải.
5.4.3. Đặc tính kiểm tra sự đúng đắn:

</div>
(72)<div class='page_container' data-page=72>

H×nh 5.7

b) Thùc nghiƯm:

- Đối với dịng tải khi hệ thống đã đóng tải xong và ổn định thì tất cả các

thành phần đạo hàm bằng 0.
Do vậy:

q n q n d

q
n
d
n
d

i
X
i
r
u

.
.







2
2
2
2

2
2

2 ( . . ) ( . . ) .

n
d

n
q
n
q

n
d
n
q

d u r i X i r i X i i Z

u

u       

 Zn

u
i 

Do vậy mà dòng điện tải khi hệ thống ổn định sẽ là:

n

od

Z
i  1

- Lỵng sơt ¸p u

Do trong thành phần của điện áp máy phát giá trị uq chiếm đa số, và từ
ph-ơng trình của uq ta nhận thấy lợng sụt áp u khi đóng tải sẽ phụ thuộc vào

d
d i

X .











)
.
.(

.
.

d
d
f
q

q
q

d

i
X
i
u

i
X
u




</div>
(73)<div class='page_container' data-page=73>

- Khi lợng sụt áp càng nhiều thì bộ tự động điều chỉnh điện áp càng phải tăng
điện áp kích từ để bù vào lợng điện áp bị mất đi.

Ta cã :

).
(

.












TP
k
u
u
e

e
i
X
u
u

n

d
d
q
f

u = un u mà tăng e tăng f

u

tng.
- Bộ tự động điều chỉnh điện áp:

Giả sử mà bộ tự động điều chỉnh điện áp hỏng  k = 0 . Khi đó xem đặc
tính điện áp của máy phát thay đổi.

5.5. Mô phỏng động cơ khơng động bộ lấy nguồn từ 
l-ới cứng

5.5.1. C¬ së lý thuyÕt:

M
M c

M e r
C B

( ~ )

H×nh 5.8

+ Vì lới cứng do vậy ta nhận đợc trong quá trình làm việc cũng nh khởi động
thì u,f const và bằng định mức.

 ut® = 1 , f fn 50Hz
 ST 314(rad/s)
S1

r
S

S 









</div>
(74)<div class='page_container' data-page=74>

Ngoµi ra ë trong hƯ trơc d,q cã 1
2



u u

ud q

và ud, uq của lới cứng
cũng là những thành phần khơng đổi trong q trình làm việc của động cơ, nên
có thể giả thiết ud 1, uq 0

 Hệ phơng trình của động cơ khơng đồng bộ (Đấu hình sao):

q
d
q
S
d

d ri ri

u  .   .  . 

(5.22)
d
d
d
S
q

q ri ri

u  .  .  . 

(5.23)
Q
r
D
Q
ST

D
D
Tr
i
S
Tr
i
dt
d





.
314
).
1
(
.
.   



(5.24)
D
r
Q
D
ST

Q
Q
Tr
i
S
Tr
i
dt
d





.
314
).
1
(
.
.   



(5.25)
D
d
d X.i i


(5.26)

Q
q
q X.i i


(5.27)

d
D

D i .X.i

  

(5.28)

q
Q

Q i .X.i

  
(5.29)
dt
d
T
M
M r

M
c
e

.


(5.30)
d
q
q
d

e i i

M  . .

(5.31)
5.5.2. Xây dựng mô hình mô phỏng

Ta có 10 phơng trình (5.22)  (5.31) trong đó có 10 ẩn id , iq, d, q,

D

i

, iQ, D, Q, r, Me.

Tõ (5.22) q ud r.id (5.32)

</div>
(75)<div class='page_container' data-page=75>

(5.24)  Tr S

i

Q
r

D
D

1
.
.
314
).
1

( 












  



(5.34)

(5.25)  Tr S

i

D
r

Q
Q

1
.
.
314
).
1

( 













  



(5.35)

(5.26)  X

i
id (d  D). 1

(5.36)

(5.27)  X

i
iq (q  Q). 1

(5.37)

(5.28) iDD .X.id (5.38)

(5.29) iQ Q .X.iq (5.39)

(5.30)  T S

M
M

M
c
e
r

1
.
1
).

( 




(5.40)

(5.31) Me d.iq q.id (5.41)

</div>
(76)<div class='page_container' data-page=76>

H×nh 5.9

5.5.3. Thơng số và đặc tính:
a) Thơng số :

+ Lo¹i : 4A160 M80 M2

Pn = 11 KW, Un = 400 V, In = 25.6 A, cosn = 0.75, nn = 730
Vßng/phót

r = 0.066 (t®), X = 2.12 (t®),  = 0.91 (tđ), Tr = 0.253 (s)
+ Loại : S2Je -54A

Pn = 10 KW, In = 20.5 A, Un = 400 V, cosn = 0.83, nn = 1400 V/P,
r = 0.05, X = 2.27,  = 0.905, Tr = 0.185

b) Đặc tính :

ng c tớnh màu đỏ là Me = f(t)

</div>
(77)<div class='page_container' data-page=77>

Hình 5.10: Đặc tính cơ động cơ điện khơng đồng bộ

5.5.4. Thùc nghiệm trên mô hình:
Thực nghiệm với tải:

- MC tăng thì iS sẽ tăng, iSôđ và tôđ sẽ tăng và ngợc lại.
Điện trở Roto:

- Khi Rr tng thỡ Tr giảm, khi đó rth giảm cịn MKĐ tăng, Mth khơng đổi
và ngợc lại.

</div>
(78)<div class='page_container' data-page=78>

H×nh 5.11

U tăng K lần thì MKĐ và Mth tăng lên K2 lần, rth const. Trong thực tế
ngời ta thay đổi điện áp nguồn cấp cho động cơ để thay đổi tốc độ động cơ.
Việc thay đổi điện áp nguồn đợc thực hiện thông qua bộ biến đổi điện áp, bộ

này dùng các van bán dn cú iu khin.

Tần số :

</div>
(79)<div class='page_container' data-page=79>

Hình 5.12

5.6. Mô phỏng động cơ không đồng bộ lấy nguồn từ
máy phỏt ng b

5.6.1. Cơ sở lý thuyết

M F Đ B § C K § B

M
§ C S C

§ C § A

k t
i

f

u

H×nh 5.13

+) Giả thiết tốc độ động cơ sơ cấp luôn không đổi và bằng đinh mức =>S 1

+) Mơ hình hệ thống phân thành 3 mơ hình con gồm mơ hình con của máy phát
đồng bộ, mơ hình con của bộ tự động điều chỉnh đện áp và mơ hình con của
động cơ khơng đồng bộ. Khi ghép thành mơ hình lớn ta phải đồng nhất dịng
điện và điện áp của máy phát với động cơ. Ta nhận thấy điện áp của máy phát
cấp cho động cơ là bằng nhau và bằng Un, dịng điện thì phải đa vào hệ số cơng
suất. Trong đó hệ số cơng suất đợc tính theo:

dmMF
dmdc
dmMF

dmdc
p

P
P
I

I

K  

(5.42)
5.6.2. Mô hình

Hình 5.14

</div>
(80)<div class='page_container' data-page=80>

Hình 5.15

5.7 Mụ phng tng hợp các q trình tự kích động
và ngắt tải cho mỏy phỏt ng b

5.7.1. Phân tích mô hình mô phỏng .

- Trong q trình tự kích đóng và ngắt tải thì cấu trúc cuả mơ hình mơ

phỏng hệ thống là không thay đổi mà chỉ thay đổi giá trị tng tr ca ti ZN

trong các quá trình tự kích và ngắt tải thì ZN vô cùng lớn còn trong quá trình

úng ti thỡ ZN mt quỏ trỡnh xỏc định. Nh vậy về cấu trúc mơ hình mơ phỏng

tổng hợp các q trình tự kích đóng và ngắt tải trong máy phát đồng bộ sẽ tơng
tự nh mơ hình mơ phỏng q trình đóng tải. Mơ hình này chỉ khác ở chỗ là các
giá trị Rn,Xn không phải là các giá trị cố định mà nó là các giá trị thay đổi theo
từng khoảng thời gian. Do vậy cần phải xây dựng thêm mơ hình con bên trong
mơ hình con của tải có nhiệm vụ xác định các giá trị của Rn,Xn theo từng
khoảng thời gian.

5.7.2. Xây dựng mô hình

+) Mụ hỡnh ln: Ging nh q trình đóng tải đối xứng

+) Mơ hình con: Mơ hình của máy phát đồng bộ và bộ tự động điều chỉnh điện
áp đợc giữ ngun, mơ hình con của máy phát đồng bộ chỉ cần thay đổi giá trị
ban đầu cho ỉf trong khối tích phân theo giá trị in ỏp d

+) Mô hình con của tải R-L

ud=Rn.id+ Xn

ST
.did

dt − Xn.iq

(5.43)

uq=Rn. iq+ Xn

ωST

.diq

dt − Xn. id

</div>
(81)<div class='page_container' data-page=81>

id=(ud− Rn. id+Xn. iq).ωST

Xn

S (5.45)

iq=(uq− Rn.iq+Xn. id).ωST

Xn

S (5.46)

H×nh 5.16

</div>
(82)<div class='page_container' data-page=82>

H×nh 5.17

- Để chơng trình có thể chạy tồn bộ các q trình cần mơ phỏng thì cần phải
thay đổi thơng số stoptime trong mục parametler trên thanh công cụ của sổ xây
dựng mơ hình để lựa chọn thời gian dừng cho phù hp.

Hình 5.18

</div>
(83)<div class='page_container' data-page=83>

MÔ HìNH TOáN HọC CủA Bộ §IỊU TèC CHO §éNG

Cí CÊP CđA M¸Y PH¸T §åNG Bé

6.1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của bộ điều tốc trc
tip

6.1.1. Cấu tạo

Đ C S C M F Đ B

N h i ª n l i Ư u

M
L

B
E

S M

SM



D
K

H×nh 6.1

Trong đó:

ĐCSC: động cơ sơ cấp
MFĐB: máy phát đồng bộ
G : Cơ cấu ly tâm
M : Khớp nối
L : Lò xo
B : Trục vít
E : Ecu

SM : Động cơ servo
D : Bé gi¶m chÊn
K : Kim ®iỊu chØnh

</div>
(84)<div class='page_container' data-page=84>

+) ở trạng thái ban đầu (ứng với tốc độ đặt nào đó) thì chuyển động
quay của động cơ sơ cấp đợc biến đổi thành chuyển động thẳng nhờ cơ cấu ly
tâm G lực của lò xo L giữ khớp nối M nằm ở vị trí mà tại đó bộ phận điều chỉnh
nhiên liệu phải đảm bảo cấp một lợng nhiên liệu nhất định cho động cơ sơ cấp
và tốc độ động cơ ổn định ở đó.

+) Nếu vì 1 lý do nào đó mà tốc độ động cơ sơ cấp tăng thì cơ cấu ly
tâm sẽ kéo khớp nối M di chuyển lên trên và qua thanh cần tác động lên bộ
phận điều chỉnh nhiên liêu P làm cho lợng nhiên liệu cấp cho động cơ sơ cấp ít
đi dẫn đến tốc độ của động cơ giảm xuống trở về trạng thái ban đầu.

+) Tơng tự nếu tốc độ động cơ sơ cấp giảm.

+) Tín hiệu đặt trớc cho vận tốc quay của động cơ sơ cấp đợc điều chỉnh
bằng cách thay đổi vị trí của điểm tựa lị xo L. Khi vị trí điểm tựa thay đổi sẽ
làm thay đổi lực của lò xo L dẫn tới thay đổi vị trí cân bằng của khớp nối M
làm thay đổi lợng nhiên liệu cấp cho động cơ sơ cấp. Khi đó động cơ sơ cấp
quay ở một tốc độ khác. Để điều khiển từ xa giá trị của tín hiệu cho trớc ngời ta
sử dụng động cơ Servơ SM. Động cơ SM có thể đảo chiều để điều kiện theo
chiều tăng hay giảm nhiên liệu. Động cơ SM sẽ tác động lên Ecu E di chuyển
trục vít B làm thay đổi vị trí điểm tựa của lị xo L.

+) Ngoài ra ngời ta sử dụng bộ giảm chấn D làm khâu hiệu chỉnh. Trong
xi lanh bộ giảm chấn có chứa dầu khi khớp nối M dịch chuyển, thanh cần sẽ
kéo theo pittông bộ giảm chấn. Dầu chảy từ khoang này sang khoang khác của

xi lanh làm chậm lại bộ hiệu chỉnh. Hiệu suất bộ D hiệu chỉnh bằng vít K.
*) Sơ đồ khối của khâu điều tốc:

B é h i Ö u c h Ø n h P T t h ù c h i Ư n

§ o ( C ¬ c Ê u l y t â m )
+

-n

S

Hình 6.2

6.2. Hệ phơng trình của động cơ sơ cấp và bộ điều tốc
tác động trực tiếp

6.2.1. Phơng trình của động cơ sơ cấp:

+) Phơng trình động cơ sơ cấp đợc đa ra từ phơng trình cân bằng
mômen trên trục động cơ với máy phát đồng bộ

e
D

S M M

dt
d

J.   

(6.1)

MD : Mô men động cơ sơ cấp (phụ thuộc vào lợng nhiên liệu đợc cấp)

Me : Mô men điện từ của máy phát đồng bộ, đóng vai trị là mơ men cản của

t¶i

</div>
(85)<div class='page_container' data-page=85>

+) Phơng trình cân bằng mơ men viết ở hệ tơng đối và viết theo độ lệch
tơng đối của vận tốc quay của động cơ sơ cấp so với giá trị định mức thì ta có
phơng trình :

j P e

M
dt

d

T .  .  

(6.2)

n
n
S





  

: Độ lệch tơng đối của vận tốc quay so với giá trị điịnh mức

P

 : Độ lệch tơng đối của bộ phận điều chỉnh nhiên liệu P so với giá trị định

møc cđa nã

Me : Mô men điện từ của máy phát ở giá trị tơng đối

Tj : H»ng sè thêi gian c¬ khÝ: n

n
j

M
J
T  .

n



: Tốc độ quay định mc

Mn : Mụ men quay nh mc

6.2.2. Phơng trình bị điều tốc

+) a ra phng trỡnh ta cn đa ra phơng trình chuyển động của khớp
nối M của cơ cấu ly tâm dới tác động tổng hợp của các lực qn tính, lực lị xo,
lực ly tâm lực của bộ giảm chấn và lực ma sát nhớt

Ta viết phơng trình theo độ lệch tơng đối so với trạng thái định mức thì
chuyển động của điểm M đợc biểu diễn qua 2 phơng trình sau:

n
i

K dt

d
T
dt

d

Tr       











 . .( )

. 2

(6.3)









dt

d

T

i

.

(6.4)

: Sự dịch chuyển của khớp nối M so với trạng thái định mức.

 : Sự dịch chuyển pit tông bộ giảm chấn so với trạng thái định mức.
: Độ lệch tơng đối của vận tốc quay.

n


</div>
(86)<div class='page_container' data-page=86>

Tr : Hằng số thời gian quán tính của tất cả các phần tử chuyển động của bộ điều
tốc.

Tk : H»ng sè thêi gian cđa ma s¸t nhít.

 : Độ khơng địng đều bộ điều tốc.

i


: Độ không đồng đều tam thời.
Ti : Hằng số thời gian bộ giảm chấn.

6.3. Bộ điều tốc tác động gián tiếp và phơng trình của
nó

6.3.1. Bé điều tốc gián tiếp

- cấu tạo:

P H

P V

D ầ u

C V
P C

X C

H×nh 6.3

XC : xi lanh chÝnh
PC : pit tông chính
PH : cần phản hồi
V : van trợt

PV : pit tông của van trỵt
CV : cưa van trỵt

+) Hiện nay trên tàu thuỷ nói riêng và bộ điều tốc nói chung ngời ta chủ
yếu dùng bộ điều tốc tác động gián tiếp. Tức sự dịch chuyển của khớp nối của
cơ cấu ly tâm không tác động lên bộ phận điều chỉnh nhiên liệu mà qua khâu
trung gian dùng cơ cấu thuỷ lực. ở trạng thái ổn định các pit tông của van tr ợt
ln đóng các cửa van. Nếu khớp nối của cơ cấu ly tâm thay đổi vị trí của mình
thì một trong 2 cửa van mở ra dầu dới áp cao sẽ chảy vào xi lanh chính làm
dịch chuyển pit tơng của xi lanh chính làm thay đổi vị trí của bộ điều kiển
nhiên liệu cho động cơ sơ cấp làm thay đổi tốc độ sao cho có xu hớng tr li tc
t.

6.3.2. phơng trình

+) Phơng trình của bộ thủ lùc cã thĨ viÕt:



 .

).
1

(TKDp P K (6.5)

</div>
(87)<div class='page_container' data-page=87>

K: Hệ số khuyếch đại của bộ khuyếch đại thuỷ lực



 .

1



p
T

K

KD
P

Sù dÞch chun

6.3. Đơn giản hố hệ phơng trình của động cơ sơ cấp và
bộ điều tốc

Khi đánh giá mối quan hệ của các hằng số thời gian và hệ số khuyếch

đại trong bộ điều tốc ngời ta tìm cách triệt tiêu các thông số μ và ξ . Coi

tất cả khâu phản hồi là 1 khâu quán tính bậc nhất nh vậy ta nhận đợc :

Tj.

dϕ

dt =μp− Me (6.6)

(TsP+1). μp=−kp. ϕ+μn (6.7)
Trong đó:

Ts : Hằng số thời gian toàn bộ của bộ điều tốc
Kp : Hệ số khuyếch đại toàn bộ của bộ điều tốc
n : Đặc trng cho tín hiệu đặt cho bộ điều tc

6.4. Bộ điều tốc liên hợp

6.4.1. Cấu tạo

- Đối với bộ điều tóc đã nghiên cứu thì tín hiệu điều chỉnh tốc độ đ ợc tạo nên
nhờ độ lệch của vân tốc quay so với giá trị định mức. Nguyên lý nh vậy khôngt

cho phép đạt đợc sự tác động nhanh của hệ thống. Bộ điều tốc sẽ hoạt động
chính xác và hiệu quả hơn nếu ta áp dụng ngun lý liên hợp, có nghĩa là tín
hiệu tác động lên bộ phận điều chỉnh nhiên liệu không những đợc tạo thành từ
độ lệch của vận tốc quay mà cái đợc tạo thành từ nguyên nhân gây độ lệch tức
là giá trị tải của máy phát đồng bộ.

- Hình vẽ:

Đ C S C M F Đ B

C T
B Đ L

N Đ K Đ

P

T ả i

+
+

Hình 6.4

CT : Cảm biÕn c«ng suÊt

BĐL : Bộ phận của bộ điều tốc làm việc theo nguyên lý độ lệch
NĐ : Nam chân điện từ; KĐ : Khuyếch đại

</div>
(88)<div class='page_container' data-page=88>

Tín hiệu từ khâu cảm biến công suất sẽ đa qua khâu khuyếch đại và đa đến man
châm điện NĐ phần ứng của nam châm điện từ tức bộ phận chuyển động đợc
kết hợp cơ khí với phần động của khâu điều chỉnh theo đọ lệch. Tổng hợp 2 tín
hiệu này tạo ra sự dịch chuyển tổng hợp cho bộ phận điều chnh nhiờn liu ca
ng c s cp.

6.4.2. Hệ phơng trình

Tj.d

dt =μp− Me (6.8)

(TsP+1). μp 1=− kp. ϕ+μn (6.9)
(TeP+1). μp 2=k . Pmp≈ k . Me

(6.10)

μp=μp 1+μp 2 (6.11)

P

 : Đặc trng cho độ dịch chuyển của bộ phận điều chỉnh nhiên liệu dới tác

động của của bộ điều chỉnh theo độ lệch.
2

P

 : Đặc trng cho độ dịch chuyển của bộ phận nđiều chỉnh nhiên liệu dới tác

động của bộ điều chỉnh theo tải.

Te : Hằng số thời gian của nam châm điện từ.

K : Hệ số khuyếch đại của toàn bộ khâu tác động theo tải.
6.4.3. Các thông số của bộ điều tốc

Tj = 1,5- 4 (s) :§èi víi diesel
Ti = 5 – 14(s) : §èi víi Tuabin
Te = 0,01 – 0,02 s


1

P

K

 :sai lƯch ®iỊu chØnh
NÕu  =0,03 => kp = 33 => k 1

6.5. Đặc tính ngoài của bộ điều tốc liên hợp

S f(Me): Khi hệ thống đã ổn định .Tức là khi đó tất cả các đạo hàm

của hệ phơng trình bộ điều tốc đều bằng 0.
(6.8)  P Me

(6.9)  P1 KP.n
(6.10)  P2 K.Me

</div>
(89)<div class='page_container' data-page=89>

 P

n

P K

Me
K

K 

 (  1). 

(6.12)
Đặc tính ngồi là chùm đờng thẳng:

H×nh 6.5

Đặc tính ngồi mong muốn là đặc tính ngồi mà tốc độ quay của động
cơ sơ cấp luôn không đổi và không phụ thuộc vào giá trị tải. Để thoả mãn điều
kiện này thì K = 1.

Muốn triệt tiêu độ sai lệch tĩnh thì  S n ở trạng thái ổn định

  0, n 0

Đối với hệ số n 0, K 1 ta thu đợc đặc tính ngồi tối u.

</div>
(90)<div class='page_container' data-page=90>

H×nh 6.6

Các mơ hình con của máy phát đồng bộ , động cơ không đồng bộ và bộ tự
động điều chỉnh điện áp về cơ bản vẫn giống nh ta xây dựng ở trớc. Riêng mơ
hình con của máy phát đồng bộ và động cơ không đồng bộ cần phải thay đổi
phơng trình cân bằng điện áp của stato dẫn đến cấu trúc của chúng thay đổi
theo.

+) Máy phát đồng bộ:

ud=ω. ψq (6.13)

uq=ω.ψd (6.14)

uf=if+Tf.dψf

dt (6.15)

ψd=− Xd. id+if (6.16)

ψq=Xq.iq (6.17)

ψf=if− μd. Xd. id (6.18)

Me=ψd.iq+ψq. id (6.19)

</div>
(91)<div class='page_container' data-page=91>

ud=ω. Xq.iq
(6.20)

uq=ω.(if− Xd.id) (6.21)

ψf=if− μd. Xd. id (6.22)

uf=if+Tf.

dψf

dt (6.23)

+) Động cơ không đồng bộ:

ud=r .id− ω.ψq→ ψq=r .id−ud

ω (6.24)

uq=r . iq. dd=ud r . id

(6.25)

Độ trợt S =  - r

+) Mơ hình con của động cơ sơ cấp và bộ điều tốc:

H×nh 6.7

Đồ thị thu c:
Hỡnh v:

+) Thực nghiệm trên mô hình :

- Đối với khâu điều chỉnh theo tải

- Bộ điều tốc thờng k = 0

- Bộ điều tốc liên hợp k = 1

</div>
(92)<div class='page_container' data-page=92>

Ch¬ng 7

Mơ phỏng các thiết bị biến đổi công suất

7.1. Mô phỏng mạch chỉnh lu nửu chu kỳ.

1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động:
+ Sơ đồ: Tải R - L

u ~

A T K

R d

L d
i d
U d

H×nh7.1

+ Nguyên lý hot ng:

- Khi Tiristor thông sẽ có dòng id chạy qua tải

- Khi Tiristor khoá sẽ không có dòng qua tải

- Để Tiristor dẫn thì: + UAK > 0

+ Cã dßng ®iỊu khiĨn qua cùc G

- Khi Tiristor đã mở mà muốn khố thì ta phải tạo ra dịng qua T phi nh

</div>
(93)<div class='page_container' data-page=93>

B ắ t đ Ç u

N h Ë p , R d , L du

UA K
> 0

> 0

T = 1

T = 0

it > hi

H×nh 7.2

+ Giản đồ thời gian:

H×nh 7.3

2. Xây dựng sơ đồ tơng đơng:

</div>
(94)<div class='page_container' data-page=94>

RT L T i d

R d

L d
U d

H×nh 7.4

+ áp dụng định luật Kishop 2 ta có:

dt

di
L

L
i
R
R

u( T  d).d ( T  d).

(7.1)

dt

di
L
i
R

ud  d. d d.

(7.2)
3. Thuật toán điều khiển:

iu khin úng m các T thì cực điều khiển của nó đợc liên kết với
mạch phát xung. Sơ đồ chức năng tổng quát của mạch phát xung nh sau:

u ® k

S 2 l o g i c K Đ g

t
u

Hình 7.5

+ Nguyên lý hoạt động:

Mạch phát xung có 2 loại điện áp: điện áp điều khiển một chiều Uđk có
giá trị thay đổi đợc và điện áp tựa lặp lại điện áp nguồn.

Điện áp tựa có dạng sau: điện áp dạng răng c a, dạng cosin và nghịch tam
giác.

a) Dạng Cosin:

</div>
(95)<div class='page_container' data-page=95>

Hình 7.6

b) Dạng răng c a:

Dạng này hay sử dụng hơn trong thực tế, nó có chu kỳ bằng nửa chu kỳ
của điện áp nguồn. Mạch so sánh sẽ so sánh hai tín hiệu điện áp điều khiển uđk
và điện áp tựa ut. Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì mạch so sánh cho
tín hiệu ra qua mạch logic, mạch điều khiển thì tạo thành tín hiệu tác động lên
cực điều khiển G của Tiristor.

H×nh 7.7

- Từ nguyên lý hoạt động của mạch phát xung ta có bài tốn logic để tính

tỉng trë c¸c van T nh sau:

+ NÕu u > 0 và uđk ut hoặc id > 0 thì:

min
min

L
L

R
R

T
T

+ Nếu các điều kiện trên không xảy ra thì:

max
max

L
L

R
R

</div>
(96)<div class='page_container' data-page=96>

4. Xây dựng mô hình mô phỏng:

Xut phỏt t thut toỏn ó nờu ta có thể xây dựng mơ hình trên hai mơ hình
con:

+ Mơ hình chỉnh lu: Dùng để giả các phơng trình vi phân.

+ Mơ hình điều khiển: Giải các bài tốn logic dùng để đóng mở các T.
Đầu vào và đầu ra nh sau:

H×nh 7.8

a) Xây dựng mô hình điều khiển:

Hình 7.9

b) Xây dựng mô hình chỉnh l u:

+ Tõ pt(7.1): L L s

i
R
R
u
i

T
d

d
T
d
d

1
.
).
(






(7.3)

+ Tõ pt(7.2): dt

di
L
i
R

u d

d
d
d

d  .  .

</div>
(97)<div class='page_container' data-page=97>

H×nh 7.10

5. Mét sè th«ng sè m« pháng:

+ Chän f 50Hz →u=UmSin314 t

f 50Hz  T 0,02s 

s
T

Tut 0,01
2 


Biên độ của ut là 1  0 < uđk < 1

10000( )

)
(
0001
,
0

)
(
10000

)
(
0001
,
0

)
(
5
,
0
1
,
0

)
(
4

max
min
max
min

H
L

R
R

H
Ld

Rd














+ Ta thay đổi góc mở  hay tải xem kết quả.
+ Đặc tính:

7.2: Mô phỏng cầu chỉnh lu một pha dùng Thiristor

</div>
(98)<div class='page_container' data-page=98>

L d
R d
T 1 T 2

T 3 T 4

u ~

B é p h ¸ t x u n g

H×nh 7.11

+ Ngun lí hoạt động:

Giả sử điện áp nguồn đặt vào có dạng: uUm.Sint (V)

Tại thời điểm t ta phát xung (0 1800)
Điều kiện mở T1 và T3 :

Ing  T1  t¶i  T 3 ngn.

- ë nưa chu kỳ tiếp theo: (nửa chu kỳ âm) thì ta phát xung điều khiển mở

T2 và T4:

Ing  T2  t¶i  T 4 nguån.
t 

Víi c¸c gãc mở khác nhau ta nhận thấy có khả năng xảy ra các trờng
hợp sau:

a. Ch dũng in liờn tục:

</div>
(99)<div class='page_container' data-page=99>

H×nh 7.12

b. Chế độ dịng điện gián đoạn:

Trong trờng hợp khi góc mở  tơng đối lớn thì khi ta điều khiển T2
và T4 mở thì lúc đó dịng qua T1 và T3 đã trở về 0 (T1 và T3 khoá), lúc này
dịng điện trên tải có một đọn bằng 0.

Hình 7.13

c. Hiện t ợng trùng dẫn:

Trong một số trờng hợp điện áp nguồn đợc lấy sau biến áp, lúc này
thành phần điện cảm phía xoay chiều tơng đối lớn. Ta đã biết điện cảm khơng
cho phép dịng điện biến thiên đột ngột, nên khi T2 và T4 mở thì dịng i1 không
giảm đột ngột từ id về 0, cũng nh dịng i2 khơng tăng đột ngột từ 0 đến id.

Nh vậy sẽ tồn tại một khoảng thời gian nào đó mà cả bốn Thiristor đều

dÉn ®iƯn  Hiện tợng trùng dẫn.

</div>
(100)<div class='page_container' data-page=100>

Hình 7.14

2. Xõy dng mạch tơng đơng:

R d

L d

i i2

i i3

u ~
1
2
3
A
B
1
T
R
2

T
R
3
T
R
4
T
R
1
T

L LT2

4
T

L LT3

d

i

H×nh 7.15

Ta coi các Thiristor là các van lý tởng, có nghĩa là chúng có hai trạng
thái mở hoặc khoá. Khi mở thì tổng trở của nó nhỏ, khi khoá th× tỉng trë cđa nã
rÊt lín.

ở sơ đồ tơng đơng mỗi Thiristor đợc thay bằng một điện trở thuần và
một điện cảm.

3. Xây dựng phơng trình:

+ Vòng 1: dt

di
L
R
i
dt
di
L
R
i

u T T T T 2

2
2
2
1
1
1

1.  .  .  .



(7.5)

+ Vßng 2: dt

di
L
R
i
dt
di
L
R
i

u T T T T 4

4
4
4
3
3
3

3.  .  .  .




(7.6)

+ Vßng 3:

0
.
.
.
. 3
3
3
3
2
2
2

2     

dt
di
L
R
i
u
dt
di
L
R

i T T d T T

(7.7)

+ Nót A (B): i1 i2 i3 i4 id (7.8)

+ dt

di
L
R
i
u d
d
d
d

d  .  .

(7.9)

Van T1 và T3 mở đồng thời cùng nhau nên dịng điện cũng nh tổng trở
của nó hồn tồn giống nhau tại mọi thời điểm.

T¬ng tù T2 vµ T4 cịng vËy.

 Vậy ta có: Trong các phơng trình từ (7.5) đến (7.9) ta có thể b (7.5) hoc

</div>
(101)<div class='page_container' data-page=101>

4. Thuật toán điều khiển:

Việc mở Thiristor ta cần có uđk đa vào cực điều khiển của nó. Để làm
đ-ợc điều này ngời ta đa vào bộ so sánh hai điện áp.

+ uđk : là điện áp một chiều có giá trị thay đổi.
+ Điện áp đồng bộ với in ỏp ngun.

Hình 7.16

+ ở chu kỳ dơng của ung : (ung > 0)

T¹i thêi điểm ut = uđk thì các van T2, T4 sẽ më víi gãc më  

 Ta có bài tốn logic để giải bài tốn tính tổng trở các van nh sau:

* NÕu u 0 và uđk ut thì các van T1 và T3 sẽ mở i1 0.
Lóc nµy: RT1 = RT3 = RTmin

LT1 = LT3 = LTmin

Nếu không thoả mÃn điều kiện trên thì: RT1 = RT3 = RTmax
LT1 = LT3 = LTmax
* Nếu u < 0 và uđk ut thì T2 và T4 mở tới khi i2 0

</div>
(102)<div class='page_container' data-page=102>

Hình 7.17

a. Xây dựng mô hình điều khiển:

Hình 7.18

b. Xây dựng mô hình chỉnh l u:

+ Tõ pt(7.5):  L s

R
i
dt
di
L
R
i
u
i

T
T
T

T

1
.
1
.
.
.

1
1
1
2

2
2
2

1 














(7.10)

+ Tõ pt(7.7):  L s

R
i
dt
di
L
R
i

u
i

T
T
T

T
d

1
.
1
.
.
.

2
2
2
1
1
1
1

2 
















</div>
(103)<div class='page_container' data-page=103>

+ Tõ pt(7.8):  id i1i2
(7.12)

+ Tõ pt(7.9):  dt

di
L
i
R

u d

d
d
d

d . .

(7.13)

Hình 7.19

6. Thực nghiệm trên mô hình:
a. Thông số:

Chọn f 50Hz uUm.Sin(314t)

f 50Hz  T 0.02s 

s
T

Tut 0.01
2 


Biên độ của ut là 1  0 < uđk < 1

)
(
4
2 


d

R

Ld 0,10,5(H)
)

(
10 4

min   

R 104( )

max  

R

)
(
10 4

min H

L 

 Lmax 104(H)

</div>
(104)<div class='page_container' data-page=104>

Bài 7.3 : Mô hình cầu chỉnh lu 3 pha dùng Tiristor.

1, Nguyên lý làm việc.

Hình7.20 : CÇu chØnh lu 3 pha dïng Tiristor

Bất kỳ ở thời điển nào đều có hai van mở. Do có sự điều khiển phat
xung mà mỗi Tiristor dẫn trong khoảng 1200. Nhng 600 đầu dẫn với một Tiristor
còn 600 sau dẫn với một Tiristor khác.Điêu khiển mở của từngTiristor nh sau : 
Tiristor nằm ở pha nào thì nó sẽ mở khi điện áp pha đó dơng ( Anôt ) hoặc U 0
nếu pha nối với K, đồng thời có xung điều khiển tác động vào cực điều khiển
của nó. Tiristor đã mở rồi thì sẽ đóng khi dịng qua nó nhỏ hơn dịng IG = 0. Nh
vậy điện áp tựa Ut là dạng lặp lại của các điện áp Ud, Uab, Uba, Uac,Uca,Ucb, Ubc.

H×nh 7.21

2, Xây dựng sơ đồ mạch tơng đơng :

</div>
(105)<div class='page_container' data-page=105>

H×nh 7.22

áp dụng hai định luật kihoff để đa ra hệ phơng trình vi phân của mạch
nh sau.

Mạch vòng 1 : uab=R1 .i1+L1.di1

dt − R3.i3− L3 .

di 3

dt (7.14)

M¹ch vßng 2 : uab=− R4i4− L4.di4

dt +R6. i6+L6 .

di6

dt (7.15)

Mạch vòng 3 : ubc=R3i3+L3.di3

dt R5. i5 L5.

di5

dt (7.16)

Mạch vòng 4 : ubc=− R6i6− L6.di6

dt +R2. i2+L2 .

di2

dt (7.17)

Mạch vòng 5 : 0=R5 .i5+L5.di5

dt +R2. i2+L2 .

di2

dt +ud (7.18)

ud=Rd. id+Ld .did

dt (7.19)

id=i1+i2+i3=i2+i4+i6 (7.20)

Các điện áp dây tính nh sau :

uab=uaub (7.21)

uac=ua−uc (7.22)

ubc=ub−uc (7.23)

ua=um. sin ω. t

ub=um. sin(ω.t −2 π

</div>
(106)<div class='page_container' data-page=106>

uc=um. sin(ω. t +2 π

3 ) (7.26)

3, Xây dựng thuật toán điều khiển :

Để mở các Tiristor thì mạch phát xung phải cung cấp cho mạch chỉnh lu
3 xung mở khác nhau. Mỗi một xung mở sẽ dùng chung cho hai Tiristor.
ở cùng một pha. Xung mở thu đợc trên cở sở so sánh giữa điện áp điều khiển
Uđk với điện áp tựa Ut trong mạch phát xung. Nh vậy máy phát điện áp tựa phải
cung cấp 3 điện áp tựa khác đồng bộ với 3 điện áp pha của nguồn có chu kỳ T
bằng nửa chu kỳ điện áp nguồn lệch nhau 600.

H×nh 7.23

Đối với cầu chỉnh lu 3 pha thì 300 < 

gh < 1500 nên giá trị của điện áp
điều khiển chỉ có thể thay đổi nh sau : 1

6. Ut≤Udk≤

5
6. Ut

T1 më khi : Uab

0 vµ

Uac

0 vµ Udk≥Ut 1

i1  0 
Vµ ta cã 0 Udk Utm

Thuật toán điều khiển :
+ Đối víi T1 :

NÕu Ua

0 vµ Udk≥Ut 1 th× R1 = Rmin L1 = Lmin

i1  0

NÕu kh«ng T kho¸ R1 = Rmax ; L1 = Lmax

</div>
(107)<div class='page_container' data-page=107>

NÕu

¿
0
¿Uc

vµ Udk≥Ut 3 th× R2 = Rmin L2 = Lmin

i2  0

Nếu không T khoá R2=Rmax ; L2=Lmax
+ Đối với T3 :

NÕu Ub

0 và UdkUt 2 thì R3=Rmin L3 = Lmin

i3  0 
NÕu kh«ng T kho¸ R3 = Rmax ; L3 = Lmax

+ §èi víi T4 :

NÕu

¿
0

¿Ua

vµ Udk≥Ut 1 th× R4 = Rmin L4 = Lmin

i4  0

Nếu không T khoá R4 = Rmax ; L4 = Lmax
+ §èi víi T5 :

NÕu Uc

0 và UdkUt3 thì R5 = Rmin L5 = Lmin

i5  0

Nếu không T khoá R5 = Rmax ; L5 = Lmax
+ §èi víi T6 :

NÕu

0
Ub

và UdkUt 2 thì R6 = Rmin L6 = Lmin
 i6  0

NÕu kh«ng T khoá R6=Rmax ; L6=Lmaxd

</div>
(108)<div class='page_container' data-page=108>

Hình 7.24

e, Xây dựng mô hình điều khiển :

n gin thỡ mụ hỡnh con điều khiển đợc phân cấp làm 6 mơ hình
nhỏ nữa. Xây dựng tính giá trị Z của Tiristor.

</div>
(109)<div class='page_container' data-page=109>

Hình 7.25

- Xây dựng mô hình T1 :

</div>
(110)<div class='page_container' data-page=110>

- M« hình điều khiển T2:

Hình 7.27

- Mô hình điều khiển T3:

Hình 7.28

</div>
(111)<div class='page_container' data-page=111>

Hình 7.29

- Mô hình điều khiển T5:

Hình 7.30

</div>
(112)<div class='page_container' data-page=112>

H×nh 7.31

5, Một số thực nghiệm trên mơ hình :
+ Thay đổi góc mở Tiristor : Uđk  thì Ud v id

Uđk thì Ud  vµ id 
+ Thực nghiệm với hiện tợng trùng dẫn :

Tăng Lmin = 10-7  10 -3

H×nh 7.32

+ Xây dựng mơ hình cầu chỉnh lu trên cơ sở nguyên lý hoạt động :

</div>
(113)<div class='page_container' data-page=113>

Gọi Ti = 1 : Tiristor Ti mở
Ti = 0 : Tiristor Ti đóng.

ud=uab. T1.T6+uac. T1. T2+ucb. T3. T6+uba.T3.T4+uca. T4. T5+ubc. T3.T2
Phơng trình điện áp t¶i :

ud=Rd. id+Ld .did

dt  id=(ud− Rd.id).
1

Ld.

S (7.27)

Vì phơng pháp này khơng khảo sát đợc dịng qua các van. Nếu điều kiện

để các van bắt đầu mở vẫn tơng tự nh phơng pháp cũ, nhng điều kiện để các
van đóng phải giả thiết rằng khi van kế tiếp mở ra thì van chung A hoặc K mở
ra trớc sẽ đóng lại.

VD : Điều kiện để đóng mở Tiristor 1
- Nếu Ua

0 vµ Udk≥Ut 1

i1  0

th× R1 = Rmin ; L1 = Lmin ( R3= Rmax ; L3 = Lmax )
 VËy Tiristor 1 sÏ më

- Nếu không Tiristor 1 khoá R1 = Rmax ; L1 = Lmax

Trên cơ sở bài tốn lơgic của phơng trình tính Ud theo ngun lý hoạt
động có thể xây dựng mơ hình mơ phỏng để khảo sát điện áp, dịng tải . Mơ
hình này đơn giản hơn nhiều so với mơ hình vi phân ở các cách cũ tuy nhiên nó
khơng khảo sát hết đợc.

Ch¬ng 8

Mơ phỏng các bộ biến đổi điện áp và các bộ

biến tần cơng suất

</div>
(114)<div class='page_container' data-page=114>

H×nh 8.1

a.Nguyên lý hoạt động :

U > 0 và có xung điều khiển tác động thì T1 mở đến khi nào dịng qua
nó cịn dơng.

U < 0 và có xung điều khiển tác động thì T2 mở đến khi dịng qua nó
cịn dơng.

Điện áp trên tải Ud sẽ lập lại dạng của điện áp nguồn cả phần âm và
d-ơng. nhng giá trị của nó thay đổi phụ thuộc vào góc mở 

H×nh 8.2

b. Xây dựng mạch tơng ng.

</div>
(115)<div class='page_container' data-page=115>

Hình 8.3

Hệ phơng trình của mạch :

u −ud=R1.i1+L1.di1

dt (8.1)

u −ud=R2.i2+L2 .di2

dt (8.2)

ud=Rd. id+Ld .did

dt (8.3)

id=i1+i2 (8.4)

c. Thuật toán điều khiển :
+ §èi víi T1 :

NÕu U

0 vµ Udk≥Ut th× R1 = Rmin ; L1 = Lmin

i1  0

NÕu kh«ng T khoá R1 = Rmax ; L1 = Lmax
+ Đối với T2 :

NÕu

0
U

và UdkUt thì R2 = Rmin ; L2 = Lmin

i2 < 0

Nếu không T khoá R2=Rmax ; L2=Lmax
d. Xây dựng mô hình mô phỏng :

</div>
(116)<div class='page_container' data-page=116>

+ Mơ hình điều khiển : Sử dụng thuật toán điều khiển Z cho các Tiristor
+ Mơ hình vi phân : Sử dụng hệ phơng trình của mạch tơng đơng và các thơng

số Z do mơ hình điều khiển đa tới để tính các thông số đại lợng của mạch gồm
i1, i2, ud, id

Ta cã : ud=u .T1+u .T2

Trong lóc : T1 = 1 nÕu T1 më , T2 = 1 nÕu T2 më

T1 = 0 nếu T1 đóng , T2 = 0 nếu T2 đóng.

ud=Rd. id+Ld .did
dt

Các giá trị lơgic của T1,T2 đợc tính theo thuật tốn điều khiển nh sau :
+ Đối với T1 :

NÕu U

0 vµ Udk≥Ut th× T1 më
 id  0

NÕu kh«ng T1 khoá
+ Đối với T2 :

NÕu

¿U

vµ Udk≥Ut th× T2 më
 id < 0

Nếu không T2 khoá

Hỡnh 8.4 : Xõy dựng mơ hình theo ngun lý hoạt động.

</div>
(117)<div class='page_container' data-page=117>

Hình 8.6 : Xây dựng mô hình nguyên lý

ud=u .(T1+T2)

id=(ud Rd.id). 1

Ld
.1

S

H×nh 8.7

</div>
(118)<div class='page_container' data-page=118>

H×nh 8.8

a. Nguyên lý hoạt động:

Theo nguyên lý hoạt động, theo cách phát xung mở mà có khả năng xẩy ra
+ Trờng hợp đối xứng : ở mỗi pha có một Tiristor mở vì tải là đối xứng nên
điện áp rơi trên UTa, UTb,UTc sẽ lặp lại điện áp Ua, Ub, Uc.

+ Trờng hợp khơng đối xứng : Có hai pha có Tiristor mở, cịn pha cịn lại
khơng có Tiristor mở

H×nh 8.9

</div>
(119)<div class='page_container' data-page=119>

b. Mô phỏng bộ biến đổi điện áp 3 pha theo phơng trình vi
phân

Để mơ phỏng bộ biến đổi theo phơng pháp này phải đa ra sơ đồ tơng
đ-ơng trong đó các Tiristor là các Z = R + L và giá trị của chúng thay đổi phụ
thuộc vào điều khiển. Lúc van đóng Z lớn, van mở thì Z nhỏ

c. Mơ phỏng bộ biến đổi điện áp 3 pha theo nguyên lý hoạt
động :

Gọi Ti ( i = 1 6 ) là biến lôgic
Ti = 1 : Nếu Tiristor thứ i mở
Ti = 0 : Nếu Tiristor thứ i đóng

Theo nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi điện áp thì điện áp pha trên tải lặp
lại điện áp nguồn. Nếu cùng một lúc có 3 Tiristor mở hoặc một nửa của điện áp
dây nếu cùng lúc có hai Tiristor mở.

uta=ua.(T1. T4. T5+T1 .T4.T6+T1.T3.T6+T2. T3T6+T2T2. T5+T2.T4. T5)+uab

2 (T14+T23)+

uac

2 (T16+T25)

(8.7)

Trong đó : T14 , T23 , T16 , T25 là các biến lôgic

+ T14 = 1 nếu T1=1 và T4 =1 và T5 = 0, T6 = 0 Nếu không T14 = 0
+ T23 = 1 nếu T2=1 và T3 =1 và T5 = 0, T6 = 0 Nếu không T23 = 0
+ T16 = 1 nếu T1=1 và T6 =1 và T3 = 0, T4 = 0 Nếu không T16 = 0
+ T25 = 1 nếu T2=1 và T5 =1 và T3 = 0, T4 = 0 Nếu không T25 = 0
Các giá trị biến lôgic T1 đến T6 đợc xác định nh sau :

+ §èi víi T1 :
NÕu Ua

0 và UdkUt 1 thì Tiristor T1 më

ia  0

Nếu không T1 khoá R1 = Rmax ; L1 = Lmax
+ §èi víi T2 :

NÕu

¿
0
¿Ua

vµ Udk≥Ut 1 th× R2 = Rmin ; L2 = Lmin: Tiristor T2

më
 ia  0

</div>
(120)<div class='page_container' data-page=120>

+ §èi víi T3 :
NÕu Ub

0 vµ Udk≥Ut 2 th× R3=Rmin ; L3 = Lmin : Tiristor T3 më

ib  0

Nếu không T3 khoá R3 = Rmax ; L3 = Lmax
+ §èi víi T4 :

NÕu

¿
0
¿Ub

vµ Udk≥Ut 2 th× R4 = Rmin ; L4 = Lmin : Tiristor T4
më

ib  0

Nếu không T4 khoá R4 = Rmax ; L4 = Lmax
+ §èi víi T5 :

NÕu Uc

0 vµ Udk≥Ut3 th× R5 = Rmin , L5 = Lmin : Tiristor T5

më
 ic  0

NÕu không T5 khoá R5 = Rmax ; L5 = Lmax
+ §èi víi T6 :

NÕu

¿
0
¿Uc

vµ Udk≥Ut 3 th× R6 = Rmin , L6 = Lmin : Tiristor T6

më

ic  0

Nếu không T6 khoá R6=Rmax ; L6=Lmax

Xây dựng mô hình theo nguyên lý : Bao gồm hai mô hình con.

+ Mụ hỡnh nguyờn lý : Sẽ sử dụng các biến lôgic do mô hình điều khiển đa tới
để tính điện áp và dịng trờn ti tng pha

</div>
(121)<div class='page_container' data-page=121>

Hình 8.10

- Xây dựng mô hình điều khiển :

Để đơn giản hố q trình xây dựng mơ hình thì chia mơ hình điều khiển
thành 12 mơ hình con mỗi mơ hình con đặc trng cho một bin lụgic.

Hình 8.11

</div>
(122)<div class='page_container' data-page=122>

Hình 8.12

- Xây dựng mô hình biến lôgic kép T14 :

Hình 8.13

Bi 8.3 : Mô phỏng bộ biến đổi BBIGT điều chế độ rộng
xung PWM

( Pulse Width Modulation )

</div>
(123)<div class='page_container' data-page=123>

Nguyªn lý : Bộ nghịch lu một pha PWM dùng Tiristor

Hình 8.14

Khi T1 mở (T2 đóng ) thì điện áp tải UAB. Khi T2 mở UBA. Điện áp ra tải
có xung hình chữ nhật cả phần âm và phần dơng. Thời điểm mở xung và độ
rộng xung phụ thuộc vào cách điều khiển T1, T2.

D1, D2 : Phãng ®iƯn cho T1, T2 ( chuyển mạch cho T1, T2 )

Hình 8.15

+ Bộ phát chuẩn hình Sin UR

+ B phỏt in ỏp mang ( Điện áp đồng bộ ) có dạng tam giỏc cõn l Ut

Tại những thời điểm mà hai điện áp này bằng nhau thì sẽ lần lợt phát xung mở
T1, T2

</div>
(124)<div class='page_container' data-page=124>

Hình 8.16

1. Bộ nghịch lu 3 pha PWM dùng Tiristor :

Hình 8.17

Để mở c¸c Tiristor cïng pha trong mạch phát xung thì có thể dùng
chung Ut và phải có thể có 3 UR hình sin lệch nhau 1200( UR1, UR2, UR3 )

Tại các thời điểm cắt nhau UR1 và Ut thì mạch sẽ cung cấp xung điều khiển
cho T1, T4.

Tại các thời điểm cắt nhau UR2 và Ut thì mạch sẽ cung cấp xung ®iỊu khiĨn
cho T3, T6.

Tại các thời điểm cắt nhau UR3 và Ut thì mạch sẽ cung cấp xung điều khiển
cho T5, T2.

Trong đó những Tiristor có cùng A là T1, T3 , T5 sẽ mở khi UR > Ut
Cịn các Tiristor có cùng K sẽ mở khi UR < Ut

Nh vậy điện áp ra 3 pha sẽ có xung HCN có cả phần âm và phần dơng
song giá trị trung bình của chúng là hình sin lệch nhau 1200

Để thay đổi tần số của điện áp ra ta chỉ cần thay đổi f của máy phát điện
áp ra. Còn để thay đổi giá trị của điện áp ra có thể thay đổi điẹn áp dây bằng

cách thay đổi góc mở  của Tiristor trong một chu kỳ điện áp chuẩn 3 pha Ua,

</div>
(125)<div class='page_container' data-page=125>

C«ng thøc tÝnh Uta :

uta=0 .(T135+T246)+1

3. ud(T132+T156)+

3. ud. T162−

3.ud(T524+T324)−

3. ud. T351
(8.8)

T¬ng tù utb,utc

+ §èi víi Tiristor T1 : ua≥ut th× T1 = 1 nếu không T1 = 0

+ Đối với Tiristor T4 :

ut
ua

thì T4 = 1 nếu không T4 = 0

+ §èi víi Tiristor T3 : ub≥ut thì T3 = 1 nếu không T3 = 0
+ Đối víi Tiristor T6 : ub≤ut th× T6 = 1 nếu không T6 = 0
+ Đối với Tiristor T5 : uc≥ ut th× T5 = 1 nÕu không T5 = 0
+ Đối với Tiristor T2 : uc ut thì T2 = 1 nếu không T2 = 0

</div>

thư viện tài liệu điện tàu thủy

<b>Mô hình hoá hệ thống điện</b>

<b> </b>

<i><b>Lời nói đầu</b></i>

<b>PHầN I: MÔ PHỏNG CáC THIếT Bị Và Hệ THốNG</b>

<b>NĂNG LƯợNG ĐIệN TRÊN TàU THUỷ</b>

<b>Mụ hỡnh toỏn hc ca mỏy phỏt ng bộ</b>

<b>có chổi than</b>

a

Ws

b

c

q

d







(1.2)

(1.3)

;

W

W





i1

W1

i2

W2

a

a

9

0

Wf





a

a

W

f

d

W

d





q

[

]

[









[

]









[

]

[

]

[

]

[

]

[

]













q

ds

0

d

<i>dt</i>

<i>d</i>