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

Trong quá trình thực hiện chuyên đề của mình với đề tài “ Máy phát điệnđồng bộ và khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ trên phần mềmMatlab” em chân thành gửi lời cảm ơn

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành Công nghệp điện năng đang đóng một vai trò quan trọng trong quátrình công nghiệp hóa – hiện đại hóa của đất nước ta hiện nay, nó quyết định sự tăngtrưởng và phát triển của các ngành công nghiệp khác Với xu thế phát triển chungcủa thế giới và xu thế phát triển của đất nước ta hiện nay thì ngày càng có nhiều khucông nghiệp, nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện, trường học,… được thành lập và xâydựng Vì vậy việc sản xuất, cung cấp và phân phát điện được đặt lên hàng đầu

Điện công nghiệp là một ngành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ đểbiến đổi năng lượng, đo lường, điều khiển,… bao gồm việc tạo ra, biến đổi và sửdụng điện năng trong các hoạt động thực tế của con người

Cho đến ngày nay máy điện được biết đến như một thiết bị điện từ thực hiện

sự biến đổi cơ năng thành điện năng hoặc ngược lại

Như vậy máy điện là một phần tử quan trọng nhất của bất cứ thiết bị điệnnăng nào Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thôngvận tải,… và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình

Xuất phát từ tầm quan trọng trên, được sự cho phép của Nhà trường và khoaĐiện – Điện tử em đã quyết định chọn đề tài “Máy phát điện đồng bộ và khảo sátcác chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ trên phần mềm Matlab” làm chuyên

đề tốt nghiệp của mình

Trong quá trình thực hiện chuyên đề của mình với đề tài “ Máy phát điệnđồng bộ và khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ trên phần mềmMatlab” em chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Mai Văn Công đã tận tìnhhướng dẫn, chỉ bảo để em có thể hoàn thành chuyên đề tốt nghiệp

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong khoa Điện – Điện tử

và các bạn trong lớp 53.DDT đã giảng dạy, hổ trợ, tận tình chỉ bảo, cung cấp cho

em những kiến thức trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Nha Trang

Với thời gian có hạn và kiến thức còn hạn hẹp nên tất yếu không tránh khỏinhững sai sót, rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Chương I: GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

- Khái niệm chung và công dụng

- Cấu tạo

- Phân loại

- Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ

Chương II: NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

- Nguyên tắc hoạt động

- Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ

- Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ

- Các thông số chủ yếu của máy phát điện đồng bộ

Chương III: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MATLAB

- Giới thiệu về phần mềm Matlab

- Giới thiệu một số lệnh cơ bản

- Các giao diện và cách thức làm việc

Chương IV: KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC

- Giới thiệu các thư viện cơ bản Simulink trong Matlab

- Khảo sát chế độ làm việc bình thường của máy phát

- Khảo sát chế độ làm việc ngắn mạch đầu cực của máy phát

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

TÓM TẮT CHUYÊN ĐỀ iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 1

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ CÔNG DỤNG 1

1.1.1 Khái niệm 1

1.1.2 Công dụng 1

1.2 CẤU TẠO 1

1.2.1 Stator 2

1.2.2 Rôto 2

1.3 PHÂN LOẠI 3

1.4 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 4

1.4.1 Đặc tính không tải 5

1.4.2 Đặc tính ngắn mạch 5

1.4.3 Đặc tính ngoài 6

1.4.4 Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ 7

1.4.5 Đặc tính tải của máy phát điện đồng bộ 8

1.4.6 Họ đặc tính hình V máy phát điện 9

CHƯƠNG II: NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 10

2.1 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG 10

2.2 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 10

2.3 MÔ HÌNH TOÁN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 12

2.3.1 Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi 12

2.3.2 Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực ẩn 13

2.4 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ CỰC LỒI 13

2.4.1 Công suất tác dụng 13

2.4.2 Công suất phản kháng 14

2.4.3 Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng 15

2.5 ĐẶC TÍNH NGOÀI VÀ ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH 15

2.5.1 Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ 15

2.5.2 Đặc tính điều chỉnh 16

2.6 SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 16

2.7 CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 17

2.7.1 Điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục (Xd, Xq) 17

2.7.2 Điện kháng quá độ X’d 18

2.7.3 Điện kháng siêu quá độ 18

2.7.4 Hằng số quán tính cơ Tj 18

CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MATLAB 19

3.1 TỔNG QUAN VỀ MATLAB 19

3.1.1 Khái niệm về matlab 19

3.1.2 Khởi động và chuẩn bị thư mục làm việc trong Matlab 20

3.2 CÁC LỆNH THÔNG DỤNG TRONG MATLAB 22

3.2.1 Một vài kiểu dữ liệu 22

3.2.2 Các lệnh điều khiển cơ bản 22

3.3 GIỚI THIỆU CÁC GIAO DIỆN CỦA MATLAB 24

3.3.1 Giao diện chính của matlab 24

3.3.2 Giao diện simulink của Matlab 25

3.3.3 Giao diện thư viện các phần tử mô phỏng của Matlab 26

3.3.4 Thoát khỏi Matlab 27

CHƯƠNG IV: KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ VỚI MATLAB 28

4.1 CÁC THƯ VIỆN CƠ BẢN SIMULINK CỦA MATLAB 28

4.1.1 AC Voltage Source (Nguồn áp xoay chiều) 28

4.1.2 DC Voltage Suorce (Nguồn áp một chiều) 29

4.1.3 Diode 30

4.1.4 Parallel RLC Branch (Nhánh RLC song song) 31

4.1.5 Parallel RLC Load (Tải RLC song song) 32

4.1.6 Series RLC Branch (Nhánh RLC nối tiếp) 34

4.1.7 Series RLC Load (Tải RLC nối tiếp) 36

4.1.8 Voltage Measurement (Đo điện áp) 37

4.1.9 Hydraulic Turbine and Governor (HTG) 38

4.1.10 Hệ thống kích từ trong Matlab 41

4.1.11 Ground (Nối đất) 44

4.2 KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 45

4.2.1 Khảo sát chế độ vận hành bình thường của máy phát 45

4.2.2 Khảo sát chế độ sự cố ngắn mạch đầu cực máy phát 48

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

1

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Mặt cắt ngang trục máy 2

Hình 1-2a: Rôto cực ẩn 2

Hình 1-2b: Rôto cực lôi 2

Hình 1-3: Hai chổi điện nối kích từ 3

Hình 1-4: Máy phát tuabin nước 4

Hình 1-5: Máy phát công suất nhỏ 4

Hình 1-6: Đặc tính không tải của máy phát đồng bộ 5

Hình 1-7: Đặc tính ngắn mạch máy phát 6

Hình 1-8: Đặc tính ngoài của máy phát 7

Hình 1-9: Đặc tính điều chỉnh của máy phát 7

Hình 1-10: Đặc tính tải khi tải thuần cảm 8

Hình 1-11: Họ đặc tính hình V của máy phát đồng bộ 9

Hình 2-1: Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ 11

Hình 2-2: a) Đồ thị véctơ máy phát cực lồi 12

b) Đồ thị véctơ máy phát cực ẩn 14

Hình 2-3: Đồ thị đặc tính góc công suất 14

Hình 2-4: Các dạng đường đặc tính của máy phát điện đồng bộ 16

Hình 3-1: Cách khởi chạy chương trình Matlab 20

Hình 3-2: Cửa sổ làm việc của Matlab 21

Hình 3-3: Cửa sổ soạn thảo chương trình 21

Hình 3-4: Giao diện chính của Matlab 24

Hình 3-5: Mở giao diện tạo mô hình 25

Hình 3-6: Giao diện tạo mô hình của Matlab 26

Hình 3-7: Lưu tập tin *.mdl 26

Hình 3-8: Giao diện Simulink Library Brower 27

Hình 3-9: Thoát khỏi Matlab 27

Hình 4-1: Hộp thoại nguồn áp xoay chiều 29

Hình 4-2: Hộp thoại nguồn áp một chiều 30

Hình 4-3: Nguyên lý hoạt động của diode 31

Hình 4-4: Hộp thoại nhánh RLC song song 32

Hình 4-5: Hộp thoại tải RLC song song 33

Hình 4-6: Hộp thoại nhánh RLC nối tiếp 35

Hình 4-7: Hộp thoại tải RLC nối tiếp 36

Hình 4-8: Hộp thoại đo điện áp 38

Hình 4-9: Cấu tạo khối HTG 39

Hình 4-10: Cấu tạo Turbine nước 39

Hình 4-11: Cổng động cơ điều khiển 40

Hình 4-12: Hộp thoại HTG 40

Hình 4-13: Sơ đồ khối mô phỏng thành phần kích từ 42

Hình 4-14: Hộp thoại hệ thống kích từ 43

Hình 4-15: Hộp thoại nối đất 44

Hình 4-16: Sơ đồ hệ thống điện cần mô phỏng 45

Hình 4-17: Sơ đồ mô phỏng máy phát đang vận hành ở chế độ bình thường 45

Hình 4-18: Kết quả mô phỏng tốc độ quay của tuabin (Rôto) 46

Hình 4-19: Kết quả mô phỏng điện áp kích từ 46

Hình 4-20: Kết quả mô phỏng dòng stator 47

Hình 4-21: Kết quả mô phỏng điện áp pha A máy phát 47

Hình 4-22: Sơ đồ mô phỏng sự cố ngắn mạch đầu cực máy phát 48

Hình 4-23: Kết quả mô phỏng tốc độ quay của tuabin (Rôto) 48

Hình 4-24: Kết quả mô phỏng điện áp kích từ 49

Hình 4-25: Kết quả mô phỏng dòng stator 49

Hình 4-26: Kết quả mô phỏng điện áp pha A máy phát 50

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

1.1.1 Khái niệm

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

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

1.1.2 Công dụng

Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của các lưới điện quốc gia,trong đó động cơ sơ cấp là các tuabin hơi, tuabin khí hoặc tuabin nước Công suấtcủa mỗi máy phát có thể đạt đến 600 MVA hoặc lớn hơn và chúng thường làm việcsong song Ở các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện đồng bộ được kéo bởi cácđộng cơ diezen hoặc các tuabin khí, có thể làm việc đơn lẻ hoặc hai ba máy làmviệc song song

Trong hệ thống điện, máy bù đồng bộ dùng để phát công suất phản khángcho lưới điện để bù hệ số công suất và ổn định điện áp

Cấu tạo gồm 2 bộ phận chính là stato và rôto Ngoài ra còn có vỏ máy, trụcmáy, nắp máy Trên hình 1-1 vẽ mặt cắt ngag trục máy trong đó 1: lá thép stato; 2:dây quấn stato; 3: lá thép rôto; 4: dây quấn rôto

Hình 1-1: Mặt cắt ngang trục máy 1.2.1 Stator

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

1.2.2 Rôto

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

ra từ trường cho máy, đối với máy nhỏ rôto là nam châm vĩnh cửu

Có hai loại: rôto cực ẩn và rôto cực lồi

Hình 1-2a: Rôto cực ẩn

Hình 1-2b: Rôto cực lồi

Rôto cực lồi dùng ở các máy có tốc độ thấp, có nhiều đôi cực

Rôto cực ẩn thường dùng ở máy có tốc độ cao 3000 vg/ph, có một đôi cực.

Để có sức điện động sin, từ trường của cực từ rôto phải phân bố hình sin dọctheo khe hở không khí giữa stato và rôto, ở đỉnh các cực từ có từ cảm cực đại

Đối với rôto cực ẩn, dây quấn kích từ được đặt trong các rãnh Đối với rôtocực lồi dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ.

Hai đầu của dây quấn kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vòng trượtđặt ở hai đầu trung, thông qua hai chổi điện để nối với nguồn kích từ (Hình 1-3)

Hình 1-3: Hai chổi điện nối kích từ

Hình 1-4: Máy phát tuabin nước

 Máy phát động cơ đốt trong công suất nhỏ

Hình 1-5: Máy phát công suất nhỏ

Khi vận hành bình thường máy phát đồng bộ cung cấp cho tải đối xứng.Chế độ này phụ thuộc vào hộ tiêu thụ điện năng nói với máy phát, công suất cungcấp cho tải không vượt quá giá trị định mức mà phải gần bằng định mức Mặt khác

ở chế độ này thông qua các đại lượng như điện áp, dòng điện, dòng kích từ, hệ số

cosφ, tần số f, và tốc độ quay n Để phân tích đặc tính làm việc của máy phát điệnđồng bộ ta dựa vào 3 đại lượng chủ yếu là: U, I, If thành lập các đường đặc tính sau:

1.4.1 Đặc tính không tải

Đặc tính không tải là quan hệ: E = U0 = f(it), khi I = 0 và f = fđm

Dạng đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ cực ẩn và cực lồi khácnhau không nhiều và có thể biểu thị theo đơn vị tương đối:

E* = E E

đm

i* = i t

i tđm 0

Trong đó itđmo là dòng điện không tải khi U = Uđm

Mạch từ của máy phát tuabin hơi bão hòa hơn mạch từ của máy pháttuabin nước

Khi E = Eđm = 1, với máy phát tabin hơi k μd =k μ =1,2 còn đối với máy phátđiện tuabin nước k μd=1,06

Hình 1-6: Đặc tính không tải của máy phát đồng bộ

Đường a: Với máy phát tuabin hơi

Đường b: Với máy phát tuabin nước

I = f(it)

it

Ta được: ˙E = j˙IXd

Lúc ngắn mạch, phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy không bãohòa Vì từ thông khe hở Φ δ cần thiết để sinh ra: E δ = E-IXưd = IX δư rất nhỏ nên quan

hệ I = f(it) là một đường thẳng

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

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

L

it

RC

O

Iđm

it0

Hình 1-8: Đặc tính ngoài của máy phát

Từ hình 1-7 ta thấy đặc tính ngoài phụ thuộc vào tính chất của tải Nếu tải

có tính cảm, khi I tăng phản ứng phần ứng bị khử từ, điện áp giảm nên đường đặctính đi xuống Nếu tải có tính dung thì I tăng, phản ứng phần ứng là trợ từ, điện áptăng lên nên đường đặc tính đi lên Khi tải làm thuần trở thì đường đặc tính gần nhưsong song với trục hoành

1.4.4 Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ

Đặc tính điều chỉnh là quan hệ: it = f(I) khi U = const, cosφ = const và f =

fđm Nó cho biết chiều hướng điều chỉnh dòng điện it của máy phát sao cho điện áp

U ở đầu cực máy phát là không đổi

Hình 1-9: Đặc tính điều chỉnh của máy phát

I®

m

I 0

Ta thấy với tải cảm, khi I tăng tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng cũngtăng nên U bị giảm Để giữ điện áp U không đổi thì ta phải tăng dòng điện kích từ it.Ngược lại với tải điện dung khi I tăng mà muốn giữ U không đổi thì phải giảm dòngđiện kích từ it.

Thông thường cosφ = 0,8 (tính cảm), thì từ không tải (U = Uđm, I = 0) đếntải định mức (U = Uđm, I = Iđm) thì phải tăng dòng điện từ hóa từ 1,7 đến 2,2 lần

1.4.5 Đặc tính tải của máy phát điện đồng bộ

Đặc tính tải là quan hệ giữa điện áp đầu cực máy phát và dòng điện kíchthích

U = f(it) khi I = const, Cosφ = const và f = fđm

Với các trị số khác nhau của I và Cosφ sẽ có đặc tính khác nhau, trong đó

có ý nghĩa nhất là tải thuần cảm ứng với Cosφ = 0 (φ = π/2) và I = Iđm

Để xây dựng đường đặc tính tải ta phải điều chỉnh rt và Z sao cho I = Iđm, vàdạng đặc tính này được biểu diễn ở tải thuần cảm là chủ yếu

Đường đặc tính tải cảm có thể suy ra được từ đặc tính không tải và tam giácđiện kháng Trước hết vẽ đường đặc tính không tải và đặc tính ngắn mạch rồi thànhlập được tam giác điện kháng sau đó tịnh tiến trên đường đặc tính không tải ta vẽđược đặc tính tải cảm

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

1.4.6 Họ đặc tính hình V máy phát điện

Quan hệ: I = f(it) khi P = const

Với mỗi giá trị của p = const, ta thay đổi Q và vẽ đồ thị suất điện động taxác định được đặc tính hình V của máy phát điện đồng bộ Thay đổi giá trị của P tathành lập được một họ các đặc tính hình V như sau:

Hình 1-11: Họ đặc tính hình V của máy phát đồng bộ

Trên hình, đường Am đi qua các điểm cực tiểu của họ đặc tính, tương ứngvới cosφ = 1 Bên phải đường Am ứng với tải cảm (φ > 0) là chế độ làm việc quákích thích, khu vực bên trái Am ứng với tải có tính dung (φ < 0) là chế độ làm việcthiếu kích thích của máy Đường Bn là giới hạn làm việc ổn định khi máy phát ởchế độ thiếu kích thích

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

Cho dòng điện kích từ (dòng điện không đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạonên từ trường rôto khi quay rôto bằng động cơ sơ cấp, từ thông của rôto sẽ cắt dâyquấn phần ứng stato và cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có trị số hiệudụng là:

điện, cho nên sđđ các pha lệch nhau góc pha 120o Khi dây quấn stato nối với tải,trong các dây quấn sẽ có dòng điện ba pha giống như ở máy điện không đồng bộ,dòng diện ba pha trong ba dây quấn sẽ tạo nên từ trường quay, với tốc độ là n1 = 60f/p, đúng bằng tốc độ n của rôto

Khi máy phát điện làm việc, từ thông của cực rôto ∅0 cắt dây quấn statocảm ứng ra sđđ E0 chậm pha so với từ thông ∅0 góc 900(hình 2- a) Dây quấn stato

nối với tải sẽ tạo nên dòng điện I cung cấp cho tải Dòng điện I trong dây quấn statotạo nên từ trường quay phần ứng Từ trường phần ứng quay đồng bộ với từ trườngcủa cực từ ∅0 Góc lệch pha giữa E0 và I do tính chất của tải quyết định Tác dụngcủa từ trường phần ứng nên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng.

Trường hợp tải thuần trở (hình 2-1a) góc lệch pha ψ=0, E0 và I cùng pha.Dòng điện I sinh ra từ thông phần ứng cùng pha với dòng điện Từ trường phần ứngtheo hướng ngang trục, làm méo từ trường cực từ, ta gọi là phản ứng phần ứngngang trục

Hình 2-1: Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ

Trường hợp tải thuần cảm (hình 2-1b) góc lệch pha ψ=¿ 900 dòng điện Isinh ra từ trường phần ứng ∅ cùng chiều với ∅0, ta gọi là phản ứng phần ứng dọctrục khử từ, có tác dụng làm giảm từ trường tổng

Trường hợp tải thuần dung ψ=¿ -900 (hình 2-1c) dòng điện sinh ra từtrường phần ứng ∅ cùng chiều với ∅0, ta gọi là phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ,

có tác dụng làm tăng từ trường tổng

Trường hợp tải bất kỳ (hình 2-1d) ta phân tích dòng điện I làm thành haiphần: Thành phần dọc trục Id=Isinψ và thành phần ngang trục Iq=Icosψ, dòng điện Isinh ra từ trường phần ứng vừa có tính chất ngang trục vừa có tính chất dọc trục khử

từ hoặc trợ từ tùy theo tính chất của tải (tính chất điện cảm hoặc tính chất dung điện).

2.3.1 Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi

Khi máy phát điện làm việc từ thông cực từ ∅0 sinh ra sđđ E0 ở dây quấnstato Khi máy điện có tải sẽ có dòng điện I và điện áp U trên tải Ở máy cực lồi vìkhe hở dọc trục và ngang trục khác nhau ta phải phân tích ảnh hưởng của phản ứngphần ứng theo hướng dọc trục và ngang trục Từ trường chính phần ứng ngang trụctạo nên sđđ ngang trục

2.3.2 Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực ẩn

Đối với máy phát điện cực ẩn là trường hợp đặc biệt cực lồi trong đó Xd=Xq

gọi là điện kháng đồng bộ Xdb Phương trình điện áp của máy phát đồng bộ cực ẩn

có thể viết:

Đồ thị véc tơ của nó được vẽ trên hình (2-2b)

Theo đồ thị véc tơ hình (2-2a) ta thấy φ=ψ – θ do đó:

p = mUIcosφ = mUIcos(ψ – θ) = mUIcosψcosθ + mUIsinψsinθ

vì Icosψ = Iq và Isinψ = Id, theo đồ thị véctơ (hình 2-2a) rút ra

Iq = Usinθ x

q và Id = E0−Ucosθ x

d

Thế biểu thức của Id và Iq vào phương trình công suất điện, bỏ qua tổn hao

và sau một vài biến đổi đơn giản ta có:

cơ rôto có khe hở dọc trục và ngang trục khác nhau (cực lồi) mà không cầndòng điện kích từ, do ảnh hưởng của thành phần công suất này cũng tạo nênđược mômen quay, đó là nguyên lý của động cơ phản kháng.

Đặc tính P = f(θ) gọi là đặc tính góc công suất Máy phát làm việc ổn địnhkhi θ trong khoảng 0 + π/2; khi tải định mức θ = 20o + 30o

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

Công suất phản kháng của máy phát đồng bộ là:

Q = mUIsinφ = mUIsin(ψ−θ) = m Uisinψcosθ-Uicosψsinθ (2.9)

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

2.4.3 Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng

2.4.3.1 Điều chỉnh công suất tác dụng

Máy phát biến đổi cơ năng, vì thế muốn điều chỉnh công suất tác dụng P,phải điều chỉnh công suất cơ của động cơ sơ cấp (tuabin hơi hoặc tuabin khív v )

2.4.3.2 Điều chỉnh công suất phản kháng

Từ biểu thức công suất phản kháng (2.12):

Khi Q > 0 máy phát công suất phản kháng cung cấp cho tải, máy quá kích từ.Nhìn các công thức trên, mốn thay đổi công suất phản kháng, phải thay đổi

E0 nghĩa là phải điều chỉnh dòng điện kích từ Muốn tăng công suất phản kháng phát

ra, phải tăng kích từ Thật vậy muốn tăng dòng điện kích từ, E0 sẽ tăng, cos∅ tăng(vì E0sin∅ = const) do đó Q tăng

2.5.1 Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ

Đặc tính ngoài của máy phát là quan hệ điện áp U trên cực máy phát vàđiện tải I khi tính chất tải không đổi (cosφt = const), tần số và dòng điện kích từ máyphát không đổi Từ phương trình điện áp (2.5), ta vẽ đồ thị véctơ máy phát ứng với

loại tải khác nhau Ta thấy khi tải tăng, đối với tải cảm và trở, điện áp giảm (tải cảmđiện áp giảm nhiều hơn), đối với tải dung điện áp tăng Bằng đồ thị, ta thấy rằng,điện áp máy phát phụ thuộc vào dòng điện và đặc tính của tải.

Hình 2-4a vẽ đặc tính ngoài của máy phát khi Ikt = const (E0 = const) và cos

φt không đổi, ứng với các tải khác nhau Khi tải có tính chất cảm phản ứng phần ứngdọc trục khử từ làm từ thông tổng giảm, do đó đặc tính ngoài dốc hơn tải điện trở

Để giữ điện áp U bằng định mức, phải thay đổi E0 bằng cách điều chỉnh kích từ saocho I = Iđm có U = Uđm vẽ trên hình 2-4b

2.5.2 Đặc tính điều chỉnh

Đường đặc tính điều chỉnh là quan hệ giữa dòng điện kích từ và dòng điện tải khi điện áp U không đổi bằng định mức Hình 2-4c vẽ đặc tính điều chỉnh của máy phát đồng bộ với các hệ số công suất khác nhau

Hình 2-4: Các dạng đường đặc tính của máy phát điện đồng bộ

Phần lớn các máy phát điện đồng bộ có bộ tự động điều chỉnh dòng kích từ giữ cho điện áp không đổi

Các hệ thống điện gồm nhiều máy phát điện đồng bộ làm việc song songvới nhau: tạo thành lưới điện công suất của lưới điện rất lớn so với công suất mỗimáy riêng rẽ, do đó điện áp cũng như tần số của lưới có thể giữ không đổi, khi thayđổi tải

Để các máy làm việc song song, phải đảm bảo các điều kiện sau:

 Điện áp của máy phát bằng điện áp của lưới điện và trùng pha nhau:

 Tần số của máy phát phải bằng tần số của lưới điện

 Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự pha của lưới điện

Nếu không đảm bảo các điều kiện trên, sẽ có dòng điện lớn chạy quẩn trongmáy, phá hỏng máy và gây loạn hệ thống điện

Để đóng máy phát điện vào lưới ta dùng thiết bị hòa đồng bộ

Đối với máy phát điện công suất nhỏ, có thể đóng vào lưới bằng phươngpháp tự đồng bộ như sau:

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

Trong máy phát điện đồng bộ ngoài các thông số như: Công suất, điện áp,dòng điện định mức… còn phải kể đến các thông số cơ bản khác của máy phát điệnđồng bộ là: điện trở, điện kháng của cuộn dây, các hằng số quán tính điện và cơ

Xd = Xq

2.7.2 Điện kháng quá độ X’d

Đặc trưng cho cuộn cảm của cuộn dây ở chế độ xác lập Ở chế độ này từthông sinh ra bởi cuộn dây stato đi qua cuộn dây rôto bị giảm do phản ứng hỗ cảm

của cuộn dây này Điện trở mạch kín của cuộn dây rôto thường nhỏ nên phần ứng

hỗ cảm triệt tiêu hoàn toàn từ thông bên trong nó Vì thế có thể coi điện cảm của nókhi mạch khép kín ra bên ngoài cuộn dây rôto là rất nhỏ và không phụ thuộc vàodạng cực từ

2.7.3 Điện kháng siêu quá độ

Điện kháng này đặc trưng cho điện cảm của cuộn dây stato ở giai đoạn đầucủa chế độ quá độ Ở giai đoạn đầu của chế độ này bị ảnh hưởng của cuộn dây cản,làm giảm đi từ thông cuộn dây stato Do đó X”d < X’d Do dòng điện xuất hiệntrong cuộn dây cản tức thời cho nên điện kháng X”d chỉ tồn tại trong giai đoạn đầucủa chế độ quá độ

J = GD602

Với G: Khối lượng vật quay

D: Đường kính vật quay

CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MATLAB

3.1.1 Khái niệm về matlab

MATLAB (viết tắt từ matrix laboratory) được phát triển từ dự án

LINPACK & EISPACK nhằm tạo ra thư viện ma trận phục vụ cho tính toán Quaquá trình phát triển lâu dài, MATLAB được phát triển thành một công cụ rất mạnh,được ứng dụng khá phổ biến trong các trường đại học ở khắp thế giới, đặc biệt làcác nước Mỹ, Bỉ, Canada,… như là công cụ không thể thiếu trong các giáo trình từ

cơ bản đến nâng cao trong các lĩnh vực: toán học cao cấp, khoa học và kỹ thuật.Trong công nghiệp, MATLAB công cụ lựa chọn cho nghiên cứu nâng cao hiệu quảsản xuất, phân tích đánh giá và ứng dụng

Với MATLAB, bài toán tính toán, phân tích, thiết kế và mô phỏng trở nên

dễ dàng hơn trong nhiều lĩnh vực chuyên ngành như: Điện, Điện tử, Cơ khí, Cơ điện

3.1.2 Khởi động và chuẩn bị thư mục làm việc trong Matlab

Matlab sẽ thông dịch các lệnh được lưu trong file có dạng *.m

Sau khi đã cài đặt Matlab thì việc khởi chạy chương trình này chỉ đơn giản

là nhấp vào biểu tượng của nó trên destop hoặc vào Start\All Programs\

Matlab 7.0 \ Matlab 7.0

Hình 3-1: Cách khởi chạy chương trình Matlab

Sau khi khởi động xong Matlab, thì bước kế tiếp là chỉ thư mục làm việccủa mình cho Matlab Nhấp vào biểu tượng trên thanh công cụ và chọn thư mụclàm việc của mình (ví dụ: D:\mophong)

Cửa sổ làm việc của Matlab sẽ như hình vẽ bên dưới Nó bao gồm 3 cửa sổlàm việc chính: Cửa sổ lệnh (Command Window), cửa sổ thư mục hiện tại (CurrentDirectory) và cửa sỏ chứa tập các lệnh đã được sử dụng (Command History)

Hình 3-2: Cửa sổ làm việc của Matlab

Để tạo một file.m trong thư mục làm việc bạn có thể thực hiện:

 Nhấp vào biểu tượng hoặc vào File\New\M-File

 Cửa sổ soạn thảo xuất hiện, gõ chương trình cần thiết vào file Sau khi

đã hoàn tất nhấn vào biểu tượng để lưu vào thư mục hiện tại (D:\mophong)

Hình 3-3: Cửa sổ soạn thảo chương trình

Để thực thi tập lệnh có trong file.m trong thư mục làm việc thì người dùngchỉ cần gõ tên file đó trog Matlab sẽ tự động thực thi các dòng lệnh có trong file.mnày (ví dụ để thực thi các lệnh có trong file test.m, chỉ cần gõ lệnh test).

3.2.1 Một vài kiểu dữ liệu

Matlab có đầy đủ các kiểu dữ liệu cơ bản, số thực, ký tự, Boolean

Chuổi ký tự được đặt trong nháy kép (“”) ví dụ “mo phong”

Kiểu dãy có thể được khai báo theo cú pháp “số đầu: bước: số cuối” Ví dụ0: 0.2:0.5 (kết quả thu được một chuổi [0 0.2 0.4]

Kiểu ma trận có thể được khai báo như ví dụ sau:

3.2.2 Các lệnh điều khiển cơ bản

Lệnh Clear: Xóa tất cả các biến trong bộ nhớ Matlab.

Lệnh clc: Lệnh xóa cửa sổ lệnh (Command window).

Lệnh pause: Chờ sự đáp ứng từ phía người dùng.

Lệnh =: Lệnh gán.

Lệnh %: Câu lệnh sau dấu này được xem là dòng chú thích.

Lệnh input: Lệnh lấy vào một giá trị.

Ví dụ: x = input (‘nhap gia tri cho x:’);

Lệnh help: Lệnh yêu cầu sự giúp đở từ Matlab.

Lệnh Save: Lưu biến vào bộ nhớ.

Ví dụ:Save test A B C (lưu các biến A, B, C vào file test)

Lệnh Load: Load biến từ file hay bộ nhớ

Ví dụ: Load test