Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC CHƯƠNG 1 MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU Hệ quy chiếu quay 1 Mô hình trạng thái động cơ điện nam châm vĩnh cửu 3 CHƯƠNG 2 MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN 7 Mạch tương đương của máy phát PMSG 7 Mô hình dq của máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cữu 7 Máy phát điện và điều khiển máy phát 9 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ CHO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU 20 Tính toán các thông số điện từ động cơ PMSM rotor ngoài 20 Hàm dây quấn “Winding function” và hàm vòng dây “Turn function” 25 Đặc tính của vật liệu nam châm vĩnh cửu 30 Hiện tượng khử từ của nam châm vĩnh cửu 33 CHƯƠNG 4 ĐẶC TÍNH HÌNH CHỮ V CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ EESG Thông số đầu vào của máy 36 Phương trình quan hệ 36 Chương trình matlab 36 Kết quả đồ thị 37 Tài liệu tham khảo 38
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÀI TẬP DÀI SỐ MÁY ĐIỆN TRONG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO NHÓM 8 : Nguyễn Quốc Đại Vũ Trọng Tú Phạm Trung Tuyển Nguyễn Trung Tuyển Cao Minh Huy Lê Xuân Sơn 20173718 20174312 20174360 20174361 20173953 20174172 Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Xuân Hùng Bộ môn: Viện: Thiết Bị Điện - Điện Tử Điện HÀ NỘI, 23/03/23 Chữ ký GVHD MỤC LỤC CHƯƠNG CỬU MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH Hệ quy chiếu quay Mơ hình trạng thái động điện nam châm vĩnh cửu CHƯƠNG MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN .7 Mạch tương đương máy phát PMSG Mơ hình d-q máy phát đồng nam châm vĩnh cữu Máy phát điện điều khiển máy phát CHƯƠNG TÍNH TỐN ĐIỆN TỪ CHO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU .20 Tính tốn thơng số điện từ động PMSM rotor .20 Hàm dây quấn “Winding function” hàm vòng dây “Turn function” .25 Đặc tính vật liệu nam châm vĩnh cửu 30 Hiện tượng khử từ nam châm vĩnh cửu 33 CHƯƠNG ĐẶC TÍNH HÌNH CHỮ V CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ EESG Thông số đầu vào máy 36 Phương trình quan hệ 36 Chương trình matlab 36 Kết đồ thị 37 Tài liệu tham khảo 38 Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Vector không gian điện áp stator us điện áp pha Hình 1.2 Mơ hình chuyển đổi hệ tọa đọ uabc sang uαβ Hình 1.3 Hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ dq ngược lại .2 Hình 1.4 Mơ hình chuyển đổi hệ tọa αβ sang hệ tọa độ dq Hình 1.5 Mơ hình liên tục ĐCĐB nam châm vĩnh cửu hệ tọa độ dq Hình 1.6 Khối Simulink Matlab Hình 2.1 Mạch tương đương động KĐB ba pha Hình 2.2 Mạch tương đương động PMSG hệ dq Hình 2.3 Cơng suất định mức tuabin gió Hình 2.4 Đặc tính cơng suất đầu tuabin gió 10 Hình 2.5 Cấu trúc truyền động tuabin gió .10 Hình 1.2.6: Đặc tính hệ số cơng suất Cp với góc theta khác 11 Hình 2.7 Mơ hình Simulink tuabin gió 12 Hình 2.8 Cơng suất theo tốc độ gió 12 Hình 2.9 Cơng suất điện theo tốc độ gió 13 Hình 2.10 Mơ hình Simulink điều khiển góc mở Beta 13 Hình 2.11 Mạch tương đương động KĐB ba pha .14 Hình 2.12 Mơ hình truyền động trục máy phát .16 Hình 2.13 Mơ hình máy phát điện PMSG 16 Hình 2.14 Các vịng điều khiển máy phát PMSG 17 Hình 2.15 Mơ hình dịng điện dq 17 Hình 2.16 Mơ hình Simulink điều khiển dịng điện 17 Hình 2.17Mạch vong điều khiển điện áp chiều .18 Hình 2.18 Đặc tính momen .18 Hình 2.19 Đặc tính dịng điện 19 Hình 2.20 Đặc tính tốc độ .19 Hình 3.1 Định nghĩa Turn function 25 Hình 3.2 Mặt cắt máy 28 Hình 3.3 Turn function, winding function and winding function Fourier analysis .28 Hình 3.4 Phân bố dây quấn pha A máy 29 Hình 3.5 Turn function, winding function and winding function Fourier analysis .30 Hình 3.6 Giai đoạn từ hóa khử từ vật liệu 31 Hình 3.7 Giai đoạn đảo từ phục hồi 31 Hình 3.8 So sánh đường cong từ trễ vật liệu từ mềm (trái) vật liệu từ cứng (phải) .32 Hình 3.9 Đường cong khử từ nam châm 32 Hình 3.10 Đặc tính làm việc nam châm 33 Hình 3.11 Đặc tính khử từ nam châm 34 Hình 3.12 Đường cong khử từ nam châm Ferrite theo nhiệt độ .35 Hình 4.1 Đặc tính hình chữ V 37 ĐCKĐB KĐB NCVC ĐCDB Danh mục từ viết tắt Động không đồng Không đồng Nam châm vĩnh cửu Đọng dị có rotor lồng sóc CHƯƠNG MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU 1.1 Hệ quy chiếu quay 1.1.1 Hệ tọa độ Uabc sang Uαβ Vector không gian điện áp stator vector có modul xác định (|us|) quay mặt phẳng phức với tốc độ góc ωs tạo với trục thực (trùng với cuộn dây pha A) góc ωst Đặt tên cho trục thực α trục ảo β, vector không gian (điện áp stator) mơ tả thơng qua hai giá trị thực (usα) ảo (usβ) hai thành phần vector Hệ tọa độ hệ tọa độ stator cố định, gọi tắt hệ tọa độ αβ u s điện áp pha Hình 1.1 Vector khơng gian điện áp stator ⃗ Bằng cách tính hình chiếu thành phần vector khơng gian điện áp stator (usα), usβ ) lên trục pha A, B (trên hình 2.3), xác định thành phần theo phương pháp hình học: Usa=Usα (1.1) − u sb= usα + √ uβ 2 (1.2) usα = usa ( 1.3) Suy ra: usβ= Nhóm √3 ( 1.4) (usa+2usb) Có thể xác định ma trận chuyển đổi abc → αβ theo phương pháp đại số [ ] [ u sα = U 2Sβ −1 √3 ][ ] −1 u5 a √ usb usc (1.5) Hình 1.2 Mơ hình chuyển đổi hệ tọa đọ uabc sang uαβ 1.1.2 Hệ tọa độ Uαβ sang Udq Trong hệ tọa độ αβ, xét thêm hệ tọa độ thứ có trục hồnh d trục tung q, hệ tọa độ thứ có chung điểm gốc nằm lệch góc θs so với hệ tọa độ stator( hệ tọa độ αβ) Trong ω a= ⅆθa quay quanh gốc tọa độ chung, gốc θ a=ω a t +ω a ⅆt ❑ Khi tồn vector khơng gian tương ứng với hai hệ tọa độ Hình vẽ sau mô tả mối liên hệ hai tọa độ Hình 1.3 Hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ dq ngược lại Ta có mối liên hệ hai tọa độ vector ứng với hai hệ tọa độ αβ dq: ⃗ ⃗ ⃗α β ⃗ ⃗ Với : ⃗f dq s = f sd t+ j f sq f s =f a t+ j f s β Nhóm Nhóm f sα =f d cos θa−f sq sin θb f s β=f sd cos θ a−f sq sin θ b (1.6) Ta có mối tương quan hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ dq : u⃗⃗d⃗q = e−jθ u⃗⃗⃗α⃗β Hình 1.4 Mơ hình chuyển đổi hệ tọa αβ sang hệ tọa độ dq 1.2 Mơ hình trạng thái động điện nam châm vĩnh cửu Xuất phát điểm từ mơ hình hai phương trình điện áp stator điện áp rotor viết hệ thống cuộn dây stator rotor, tức viết hệ tọa độ cố định với stator rotor ĐCDB Phương trình momen quay: −3 mM = z p|ψ s i s| sⅈgn ( sin φ s )−1= z p|ψ s i s| sⅈgn ( sin φ r )−1 2 3 ¿ ❑ ¿ mM = zp ℑ {ψ s ⋅i s }= zp ℑ {ψ s i s } 2 (1.7) (1.8) Phương trình điện áp stator (trên hệ thống cuộn dây stator) cho máy điện từ trường quay: ⅆ ψ ss u =R i + ⅆt s s s s s (1.9) Trong Rs : điện trở stator, Ψ ss: từ thơng stator Phương trình (1.9) phương trình điện áp stator tổng quát có hiệu lực cho loại máy điện từ trường quay Phương trình có hiệu lực cho trường hợp ĐCĐB Ta lại hình dung hệ tọa độ có hai trục dq, quay với vận tốc ω, tức ωs Đối với ĐCĐB ω ωs một, hệ đứng yên so với rotor Nếu ta chọn vị trí hệ cho trực thực d trùng với trục từ thơng cực, hệ tọa độ chọn hệ tọa độ T4R Từ hệ thống ba cuộn dây pha stator chuyển sang hệ tọa độ đồng từ thơng ta thu được: Nhóm ⅆ Ψ fs f u =R i + + j ωs ψ s ⅆt f s Nhóm f 5 (1.10) Quan hệ từ thông stator rotor mô tả sau: f f ψ 5=R s i s + ⅆ ψ f5 f + j wsψs ⅆt (1.11) Trong Ψ s f vector từ thơng cực Vì trụ d hệ tọa độ trùng vớ trục từ thông cực, thành phần vuông góc ( thành phần trục q) Ψ s f không Vậy vector từ thông cực có thành phần Ψ𝑝 Từ ta thu dược: f ψ s =ψ pd + j ψ pq=ψ pd (1.12) với Ψpq = Ngoài ra, rotor có cấu trúc trịn, hạn chế cơng nghệ chế tạo, tồn khe hở hai nam châm bề mặt rotor Vì cậy, đo điện cảm cuộn dây stator ta thu hai kết khác Lsq = (khi đo vị trí đỉnh cực, theo trục d) Lsq (khi đo vị trí ngang cực, vị trí khe hở hai nam châm, dọc theo trục q) Đối với ĐCĐB vực tròn, hai giá trị điện cảm gần xấp xỉ, vậy, khâu ĐC kinh điển đặt chúng Mức độ khác chúng không rõ ràng loại ĐCĐB cực lỗi 3…12% Tuy nhiên, để khử triệt để tương tác hai thành phần dòng isd isd ta nên theo xét tới chênh lệch thiết kế Vì vậy, thành phần ta khơng đặt điện cảm Từ ta có phương trình thành phần từ thông: ψ sd =Lsd i sd +Ψ p (1.13) ψ sq=L sq i sq Thay từ hai phương trình (1.11) (1.13) vào (1.9) ta được: ⅆ i sd - ω sLsq isq ⅆt ⅆi usq=Rsisq + Lsd sd - ω sLsd isd +ω n ψ p ⅆt usd=Rsisd + Lsd (1.14) Từ phương trình momen tổng quát máy điện từ quay (1.7) (1.8) ta có: mM = zp[ψ p isd + isd isq( Lsd-Lsq) (1.15) Theo momen quay ĐCĐB bao gồm hai thành phần: thành phần ψ p i sdvà thành phần phản kháng chênh lệch Lsd − Lsq gây nên Khi xây dựng hệ thống ĐC kiểu T R sử dụng ĐCĐB ta phải điều khiển vector dịng stator isd cho vector dịng đứng vng góc với từ thơng cực khơng có thành phần dịng từ hóa mà có thành phần momen giống phương trình ĐCDB n M = z p ψ p i sd Nhóm (1.16) ... trình momen quay: - Phương trình chuyển động: (2. 4) (2. 5) : hệ số ma sát nhớt (2. 6) 2. 3 Máy phát điện điều khiển máy phát 2. 3.1 Lựa chọn máy phát điện tua bin gió cụ thể giải thích a) Vị trí đặt... gió 12 Hình 2. 9 Cơng suất điện theo tốc độ gió 13 Hình 2. 10 Mơ hình Simulink điều khiển góc mở Beta 13 Hình 2. 11 Mạch tương đương động KĐB ba pha .14 Hình 2. 12 Mơ hình truyền... Hình 2. 13 Mơ hình máy phát điện PMSG 16 Hình 2. 14 Các vịng điều khiển máy phát PMSG 17 Hình 2. 15 Mơ hình dịng điện dq 17 Hình 2. 16 Mơ hình Simulink điều khiển dịng điện