Mạch điều khiển bù công suất phản kháng

TÓM TẮT Trong những năm gần đây, máy phát điện cảm ứng kiểu rotor lồng sóc Squirrel Cage Induction Generator - SCIG được dùng khá phổ biến ở những vùng xa xôi không có điện lưới quốc gi

Kỹ thuật :6052020

Kỹ thuật :6052020

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN MINH TÂM

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 16 tháng 8 năm 2015

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: PHẠM TRẦN HOÀNG QUÂN Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 11/12/1987 Nơi sinh:Lâm Đồng

I- Tên đề tài:

“Mạch điều khiển bù công suất phản kháng”

II- Nhiệm vụ và nội dung:

Tính toán, mô phỏng và chế tạo thực nghiệm mạch điện tử, điều khiển bù công suất phản kháng Lắp trên máy phát xoay chiều ba pha bốn dây không đồng

bộ, rotor lồng sóc, trên cơ sở bù tĩnh, đóng cắt không tiếp điểm, dưới sự kiểm soát của vi xử lý

III- Ngày giao nhiệm vụ:25/3/2015

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/6/2015

V- Cán bộ hướng dẫn:TS NGUYỄN MINH TÂM

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS NGUYỄN MINH TÂM

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này

đã được cảm ơn và các thông tin khoa học trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn

PHẠM TRẦN HOÀNG QUÂN

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn và tri ân:

- TS NGUYỄN MINH TÂM đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn khoa học và

tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

- Ban Giám Hiệu và Quý Thầy, Cô đã giảng dạy, hướng dẫn trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM

- Ban Giám Hiệu và Quý Thầy, Cô Phòng thí nghiệm điện và điện tử, Trung tâm ứng dụng kỹ thuật và chuyển giao công nghệ -Trường Đại học Tiền Giang đã tạo điều kiện để tôi có thể lắp đặt thử nghiệm bộ điều khiển và ghi số liệu trong suốt quá trình thực hiện luận văn

- Công ty TNHH MTV Thiết Bị Điện công nghiệp Toàn Cầu Việt đã hỗ trợ nguồn kinh phí và linh kiện khi xây dựng mô hình thực nghiệm

- Và tất cả các anh, các bạn học viên cùng lớp, những người thân đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến, động viên tôi trong suốt thời gian học tập

Trân trọng

Tp.HCM, ngày 10 tháng 7 năm 2015

PHẠM TRẦN HOÀNG QUÂN

TÓM TẮT

Trong những năm gần đây, máy phát điện cảm ứng kiểu rotor lồng sóc

(Squirrel Cage Induction Generator - SCIG) được dùng khá phổ biến ở những vùng

xa xôi không có điện lưới quốc gia, khi việc tạo ra điện năng bằng máy phát là duy nhất, từ tận dụng nguồn năng lượng gió, khí biogas, đặc biệt ở những công trình ngoài khơi, trên hàng chục nghìn tàu đánh bắt hải sản xa bờ.Thông thường, sẽ vận hành SCIG ở chế độ tải không đổi, khi đó điện áp và tần số sẽ ổn định Nếu cách ly SCIG với một tải không cân bằng hoặc phi tuyến, lúc này điện áp trên các pha và dòng qua stator cũng sẽ mất cân bằng, đôi khi xuất hiện sóng hài bậc cao Điều đó

sẽ làm tăng tổn thất công suất, gây mất cân bằng nhiệt và tạo các moment rung động lên trục máy Mất cân bằng dòng trên ba pha và kết quả là xuất hiện dòng cảm ứng trên dây trung tính có liên quan đến mất mát công suất và tăng nhiệt trong máy Nó cũng là nguyên nhân gây suy giảm tuổi thọ của thiết bị điện Vì vậy, bù công suất phản kháng là giải pháp làm giảm tổn thất điện năng, nâng cao khả năng hoạt động của SCIG đã được sử dụng

Trong phạm vi nghiên cứu, đã sử dụng các IGBT (Transistor có cực điều

áp mắc song song (phương pháp này còn gọi là bù tĩnh), nhằm tăng công suất phản kháng của máy phát để duy trì điện áp dưới sự thay đổi không cân bằng của tải Hơn nữa, nó còn loại bỏ các sóng hài

Một mô hình nghiên cứu gồm: máy phát kiểu SCIG 2.2 kW lắp mạch bù tĩnh,điều khiển bằng điện tử, được dẫn động bằng động cơ Diesel 15.5 HP đã được thực hiện Việc này giúp dự đoán, cũng như kiểm chứng các tính năng hoạt động của hệ thống Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy phương pháp bù tĩnh trên

cơ sở biến đổi nguồn áp, có thể duy trì được điện áp phát ổn định cũng như loại bỏ sóng hài, khi tải đặt lên máy phát là không cân bằng Hơn nữa, điện áp và tần số của

hệ thống thỏa mãn tiêu chuẩn đánh giá chất lượng điện năng của Chính phủ Việt Nam Kết quả của nghiên cứu góp phần cải thiện đặc tính làm việc, cải thiện hiệu suất của máy phát cảm ứng kiểu rotor lồng sóc

The squirrel cage-type induction generators (SCIG) have emerged in these recent years as a suitable candidate in remote areas where this machine can be driven using a wind turbine, a diesel engine or small hydro plants, specially applying for several far boats Normally, in this last application, the SCIG generates constant voltage and frequency because it is operating at constant load power When

an isolated SCIG feeds unbalanced loads, the three-phase terminal voltage and stator currents are also unbalanced and may appear harmonics These increase the power losses, create unequal heating and cause torque pulsation on the shaft of the generator The unbalanced three-phase currents yield a current in the neutral conductor that involves more power losses and heating Also, these causes reduce longevity of loads Therefore, reactive power compensation solution reduces power losses and improve operational capabilities of SCIG has been used

This study deals with a three-phase four-wire insulated gate bipolar transistor (IGBT) based current controlled voltage source inverter known as static compensator is used for harmonic elimination It also provides the required reactive power an SEIG needs to maintain a constant terminal voltage under varying loads

A research model of SCIG addible static compensative electronic controller (SCEC) driven by Diesel engine was setup This enables us to predict the behavior

of the system under transient conditions The simulated and experimented results show that by using a SCEC based voltage regulator the SCIG terminal voltage can

be maintained constant and free from harmonics under balanced/unbalanced loads Furthermore, voltage and frequency of this model satisfy standards specified power quality of the Vietnamese Government The results obtained in this study contribute

to improve performance of induction generators

MỤC LỤC

Trang LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II TÓM TẮT III

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT – KÝ HIỆU VIII DANH MỤC CÁC BẢNG IX DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ - ĐỒ THỊ - SƠ ĐỒ - HÌNH ẢNH X

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN 1

1.1ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 2

1.3GIẢ THUYẾT NGHIÊN CỨU 2

1.4MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2

1.5NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: 3

1.6PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

1.7Ý NGHĨA KHOA HỌC 3

1.8KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU 3

1.9ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 3

1.10PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ[13][14][19] 4

2.1.1 Máy phát điện không đồng bộ kiểu lồng sóc - SCIG 4

2.1.2Máy phát điện không đồng bộ kiểu dây quấn 9

2.1.3 Máy phát điện không đồng bộ kích từ kép 13

2.2TÍNH TOÁN MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ[14] 15

2.3NHẬN XÉT VỀ MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ[14] 21

2.4BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN MÁY PHÁT SCIG 23

2.5CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN SCIG 25

2.5.1 Theo cấu trúc của bộ biến đổi công suất 25

2.5.2 Theo sơ đồ mắc hệ thống mạch bù vào dòng ra của máy phát 26

2.5.3 Theo nguồn cung cấp cho tải 27

2.5.4 Theo thiết bị phát công suất phản kháng: 29

2.5.5 Theo phương pháp kết hợp 29

2.6KẾT LUẬN 33

2.6.1 Về lý thuyết 33

2.6.2 Về khả năng ứng dụng 34

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN - MÔ HÌNH TOÁN HỌC-MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BÙ TĨNH CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 35

3.1SƠ ĐỒ HỆ THỐNG BÙ TĨNH CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 35

3.2TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 38

3.2.1 Tính toán máy phát không đồng bộ rotor lồng sóc - SCIG 38

3.2.2 Tính toán hệ thống điều khiển bù công suất phản kháng 40

3.3MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG BÙ TĨNH CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 46

3.4MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB SIMULINK 48

3.5KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 51

3.6NHẬN XÉT 54

CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM 56

HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 56

4.1SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 58

4.2CÁC CẢM BIẾN THU NHẬN DỮ LIỆU 59

4.2.1 Cảm biến điện áp trên các pha của tải 59

4.2.2 Cảm biến tần số dòng điện trên tải 61

4.2.3 Cảm biến dòngtrên các pha của máy phát và trên tải 62

4.2.4 Cảm biến tốc độ động cơ 63

4.2.5 Cảm biến vị trí bướm ga 64

4.3GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 65

4.3.1 Sơ đồ giải thuật điều khiển 67

4.3.2 Giá trị của các thông số điều khiển 68

4.3.3 Lưu đồ giải thuật cho vi xử lý 72

4.4MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM -ECU 78

4.4.1 Sơ đồ nguyên lý thiết kế ECU 78

4.4.2 Sơ đồ nguyên lý khối cung cấp nguồn 79

4.4.3 Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp ngõ ra 79

4.4.4 Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp với máy tính 81

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 86

5.1ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ ROTOR ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA SCIG 87

5.2ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN DUNG TỤ ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA SCIG 89

5.3TÁC DỤNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN BÙ TĨNH ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA SCIG 90

5.4TÁC DỤNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN BÙ TĨNH KHI GIA TẢI VÀ THOÁT TẢI 92

5.5NHẬN XÉT 94

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT – KÝ HIỆU

SCIG – Máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc

WRIG – Máy phát điện không đồng bộ kiểu dây quấn

DFIG – Máy phát điện không đồng bộ kích từ kép

IGBT – Transistor có cực điều khiển cách ly

PI – Giải thuật điều khiển Tích phân – Tỷ lệ

PID – Giải thuật điều khiển Vi phân - Tích phân - Tỷ lệ

VSI – Bộ biến đổi nguồn áp

CSI – Bộ biến đổi nguồn dòng

PMW – Bộ biến đổi độ rộng xung

AG – Máy phát không đồng bộ

SG – Máy phát đồng bộ

r 1 – Điện trở dây quấn stator

x 1 – Điện kháng tản dây quấn Stator

I 0 – Dòng điện stator khi không tải

I 1, I2– Dòng điện stator và rotor khi mang tải

m 1 , m 2– Số pha của dây quấn stator và rotor

I 2 – Dòng điện rotor quy đổi về stator

k i – Hệ số quy đổi dòng điện

qr dr qs

ds v v v

v , , , – Điện áp stator và rotor trong hệ tọa độ d-q

qr dr qs

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 3.2.b: Thông số của hệ thống – Mạch bù tĩnh công suất phản kháng 51 

Bảng 3.2.c: Thông số của hệ thống – Tảỉ 51 

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ - ĐỒ THỊ - SƠ ĐỒ - HÌNH ẢNH

Trang

Hình 2.2 Cấu tạo máy phát không đồng bộ rotor lồng sóc 5 Hình 2.3 Cấu tạo vỏ máy phát không đồng bộ rotor lồng sóc 5 

Hình 2.8 Lõi thép stator (a) Hình vành khăn (b) Hình rẻ quạt (c) Lắp ghép 9 

Hình 2.11 Rotor dây quấn máy phát không đồng bộ 10 

Hình 2.13 Dòng điện rotor trong chế độ động cơ và máy phát 12 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý máy phát không đồng bộ nguồn kép 13 

Hình 2.18 Mạch tương đương của rotor quay quy về rotor đứng yên 19 Hình 2.19 Mạch tương đương rotor quy về stator 20 Hình 2.20 Khai triển mạch tương đương rotor quy về stator 20 Hình 2.21 Mạch tương đương của máy phát không đồng bộ 20 Hình 2.22 Quan hệ giữa khối lượng của máy đồng bộ và không đồng bộ với công suất tác dụng 22 Hình 2.23 Quan hệ giữa hiệu suất và công suất 22 Hình 2.24 Sơ đồ đơn giản khi nối với tải và tụ điện và đồ thị vector 24 

Hình 2.26 Cấu trục mạch bù theo phương pháp biến đổi nguồn áp 25 Hình 2.27 Cấu trục mạch bù theo phương pháp biến đổi nguồn dòng 26 Hình 2.28 Cấu trục mạch bù theo phương pháp mắc song song 26 

Hình 2.29 Cấu trục mạch bù theo phương pháp mắc nối tiếp 27 

Hình 2.31 Cấu trục mạch bù ba pha bốn dây có điểm giữa 28 Hình 2.32 Cấu trục mạch bù ba pha bốn dây không có điểm giữa 28 Hình 2.33 Phương pháp cơ bản để mắc tụ vào mạch điện máy phát 30 Hình 2.34 Phương pháp mắc tụ vào mạch điện máy phát khi tải đối xứng 30 

Hình 2.36 Lắp nối tiếp hai cụm tụ trên máy phát 31 Hình 2.37 Dùng phương pháp đóng/cắt tụ để điều khiển máy phát 31 Hình 2.38 Điều khiển đóng/cắt tụ bằng linh kiện bán dẫn 32 Hình 2.39 Điều khiển thay đổi điện cảm trên mạch máy phát 32 Hình 2.40 Điều khiển theo phương pháp biến đổi sáu bước 32 

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống bù tĩnh máy phát không đồng bộ 36 Hình 3.2 Sơ đồ giải thuật điều khiển hệ thống bù tĩnh khi mô phỏng 37 

Hình 3.3 Sự bão hòa của các thành phần trong hệ tọa độ dq 39 

Hình 3.4 Đường biểu diễn trạng thái bão hòa của máy phát SCIG 40 Hình 3.5 Mô hình hóa khối nguồn và mạch biến đổi dòng trong Matlab Simulink 49 Hình 3.6 Mô hình hóa tải và khối gia công tín hiệu trong Matlab Simulink 49 Hình 3.7 Mô hình hóa khối tính toán trong Matlab Simulink 50 Hình 3.8 Mô hình hóa hệ thống điều khiển trong Matlab Simulink 50 Hình 3.9 Sự tăng trưởng, ổn định điện áp và cường độ dòng qua stator 52 Hình 3.10 Ứng xử của máy phát khi cung cấp tải không cân bằng 52 Hình 3.11 Ứng xử của máy phát và hệ thống bù tĩnh dưới sự thay đổi của tải 53 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí mô hình thực nghiệm 56 Hình 4.2 Mô hình động cơ và máy phát trong thực nghiệm 57 Hình 4.3 Sơ đồ hệ thống bù tĩnh công suất phản kháng khi thực nghiệm 58 Hình 4.4 Sơ đồ hệ thống điều khiển bù tĩnh công suất phản kháng 59 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý mạch đo điện áp và tần số trên các pha của tải 61 Hình 4.6 Sơ đồ mạch điện chuyển tần số sang điện áp với IC-VFC320 61 Hình 4.7 Sơ đồ khối cảm biến dòng ACS712ELCTR-30A-T 62 

Hình 4.8 Sơ đồ mạch điện đo cường độ dòng trên các pha của máy phát 63 Hình 4.9 Mạch điện và dạng xung của cảm biến tốc độ trục khuỷu 64 Hình 4.10 Lắp đặt cảm biến tốc độ trục khuỷu lên động cơ 64 Hình 4.11 Cảm biến vị trí bướm ga và mạch điện 65 

Hình 4.13 Giải thuật điều khiển bang - bang trên một pha 66 Hình 4.14 Sơ đồ giải thuật điều khiển bù tĩnh công suất phản kháng 67 Hình 4.15 Lưu đồ giải thuật cho vi xử lý - 1 Error! Bookmark not defined. 

Hình 4.16 Lưu đồ giải thuật cho vi xử lý - 2 Error! Bookmark not defined. 

Hình 4.17 Lưu đồ giải thuật chương trình con tính toán vòng PID điều tốc 75 Hình 4.18 Lưu đồ giải thuật chương trình con tính toán vòng PI điện áp 76 Hình 4.19 Lưu đồ giải thuật chương trình con tính toán vòng PI tần số 77 

Hình 4.22 Ngõ ra công suất điều khiển motor bước 80 Hình 4.23 Driver điều khiển các IGBT bằng chip IR21362 81 Hình 4.24 Nguyên lý mạch truyền dữ liệu giữa ECU và PC 82 Hình 4.25 Bên trong bộ điều khiển điện tử trung tâm – ECU 82 Hình 4.26 Bên ngoài bộ điều khiển điện tử trung tâm – ECU 83 Hình 4.27 Mô hình động cơ – Máy phát – Hệ thống điều khiển khi thực nghiệm 84 Hình 4.28 Máy phát SCIG trong thực nghiệm 84 Hình 4.29 Các loại tụ điện được dùng trong thực nghiệm 85 Hình 4.30 (A)-Bộ tụ AC 40 µF và DC 4700 µF (B)-Bộ tạo tải 85 Hình 4.31 Kiểm tra mạch điện tử xử lý – tính toán trong hệ thống điều khiển 85 Hình 5.1 Sự hình thành điện áp trên stator khi tăng dần vận tốc rotor 87 Hình 5.2 Biểu diễn các đặc tính làm việc của SCIG khi thay đổi tốc độ rotor 88 Hình 5.3 Biểu diễn các đặc tính làm việc của SCIG khi tăng điện dung tụ 89 Hình 5.4 Biểu diễn các đặc tính làm việc của SCIG dưới tác dụng của bù tĩnh 90 

Hình 5.5 Biểu diễn các đặc tính làm việc của SCIG khi giảm hằng số tỷ lệ K P 91 Hình 5.6 Điện áp và tần số máy phát khi gia tải 92 Hình 5.7 Điện áp và tần số máy phát khi gia tải 93

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

Năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng, luôn được coi là ngành công nghiệp mang tính chất xương sống cho sự phát triểncủa nền kinh tế Việc sản xuất điện năng một cách hiệu quả có ý nghĩa quan trọng Càng có ý nghĩa đặc biệt, với những vùng xa xôi không có điện lưới quốc gia, những công trình ngoài khơi, trên hàng chục nghìn tàu đánh bắt hải sản xa bờ,… Khi việc tạo ra điện năng bằng máy phát là cách duy nhất

Vì thế, chọn lựa kiểu máy phát điện sao cho:

- Giá thành rẻ tiền (về thiết bị cũng như đơn giá điện năng phát ra)

- Kết cấu đơn giản

- Phù hợp với điều kiện các điều kiện thời tiết khắc nghiệt như trên biển, trong rừng sâu…

- Phù hợp với quy mô sản xuất điện nhỏ lẻ

- Tuổi thọ và độ tin cậy của thiết bị cao

Khi đó, máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc, được xem như là khá phù hợp với tiêu chí trên, được người tiêu dùng ủng hộ và ứng dụng nhiều trong cuộc sống Tuy nhiên,thực tế sử dụng còn nhiều bất cập:

- Chất lượng điện năng khá thấp: biên độ dao động của điện áp và tần số rộng ngay cả khi tải ổn định, nhiều nhất lúc gia tải hay thoát tải Điều này làm cho tuổi thọ thiết bị điện rất ngắn Hầu như chỉ dùng trên các tải đơn giản như: thắp sáng dẫn dụ cá trên biển, thắp sáng khi điện lưới bị mất…

- Hiệu suất và công suất thấp, dẫn đến suất tiêu hao năng lượng riêng của động

cơ lai khá cao

- Không có nhiều những nghiên cứu khoa học và kết quả khảo nghiệm dạng này, để có thể cung cấp các phương thức cũng như các trị số tính toán khả dĩ cho tham khảo, cho thị trường

Vì thế, nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển để nâng cao công suất, hiệu suất, chất lượng điện năng (điện áp/tần số) và khảo nghiệm hoạt động của dạng máy phát này, trong thời điểm hiện tại có ý nghĩa khoa học khá cao, cũng như đáp ứng được

mong mỏi của cuộc sống.Với những lý do đó, đề tài “Mạch điều khiển bù công suất

phản kháng” đã được đề xuất

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

- Cung cấp một giải pháp nâng cao công suất, hiệu suất và chất lượng điện

năng của máy phát điện không đồng bộ, nhằm đẩy mạnh việc sử dụng dạng phát điện có giá thành rẻ, phù hợp với nhu cầu khai thác trên những vùng có thời tiết khắc nghiệt, nhất là với các ngư dân đánh bắt thủy sản xa bờ

1.3 Giả thuyết nghiên cứu

- Khi sử dụng mạch bù tĩnh công suất phản kháng bằng điện tử, theo giải

thuật hồi tiếp PI (Proportional Integral), có thể nâng cao hiệu suất, công suất và

chất lượng điện năng của máy phát xoay chiều không đồng bộ rotor lồng sóc, hoạt động với tải đối xứng hoặc không đối xứng

- Chất lượng điện năng phát ra thõa mãn Nghị định 105/2005/NĐ-CP quy

định về chất lượng điện năng:

+ Ổn định điện áp ± 5%

+ Ổn định tần số ± 0.5 Hz

1.4 Mục tiêu của đề tài

* Nghiên cứu tổng quan:

- Máy phát không đồng bộ và các phương pháp nâng cao hiệu suất, công suất và chất lượng điện năng

- Xây dựng cơ sở của thiết kế

* Tính toán,xây dựng mô hình toán học:

- Mạch điện tử điều khiển bù tĩnh công suất phản kháng, đóng cắt

không tiếp điểm bằng IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

dưới sự kiểm soát của vi xử lý Lắp mạch bù tĩnh lên trên máy phát điện xoay chiều ba pha không đồng bộ, tải đối xứng hoặc không đối xứng

* Mô phỏng: Chọn lựa các thông số thiết kế và phương pháp điều khiển thích

Kết quả sản phẩm dự kiến: Máy phát điện xoay chiều 3 pha không đồng

bộ, công suất khoảng 3-5 KVA có sử dụng mạch điều khiển bù công suất phản kháng bằng điện tử

1.5 Nội dung nghiên cứu:

Tính toán, mô phỏng và chế tạo thực nghiệm mạch điện tử, điều khiển bù công suất phản kháng Lắp trên máy phát xoay chiều ba pha bốn dây không đồng

bộ, rotor lồng sóc, trên cơ sở bù tĩnh, đóng cắt không tiếp điểm, dưới sự kiểm soát của vi xử lý

1.6 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu

Thực hiện đề tài theo mô hình kết hợp giữa tính toán, mô phỏng và thực nghiệm Trong đó sử dụng các phương pháp:

- Phương pháp thu thập tài liệu

- Phương pháp kế thừa các kết quả khoa học đã có

- Phương pháp mô phỏng trên máy tính

- Phương pháp quy hoạch và xử lý số liệu thực nghiệm

1.8 Khách thể nghiên cứu

Máy phát điện xoay chiều không đồng bộ

1.9 Đối tượng nghiên cứu

- Máy phát điện xoay chiều ba pha không đồng bộ 3-5 KVA

không đồn

không đồn

áy phát điệkhối thép khối thép stator còn kong khối th

ện dày 0,3ược đặt hai bao gồm: V

2.1 Máy p

tor có nhiệ

o về độ cứlõi sắt trontiếp các lá

r và từ trư

ng bộ kiểu

ng bộ lồng s

ện cảm ứnđồng trục

có thể chukhối quay đhép là xoa

ng máy điệ

á thép vào ùng bulông

lồng sóc

-sóc (Squirr

ng, có kết ccách nhau uyển động qđược gọi là

ện cỡ vừa vrồi chốt h

g ép chặt

Vỏ máy St

R

HUYẾT

điện xoay c

or khác vớquay đồng

- SCIG

rel Cage In

cấu đơn gibởi một khquay tương

à rotor

ên các lá thtổn hao do

ác rãnh của

ục, ổ bi và q

rotor lồnglàm mát và

hi lắp lá t

và nhỏ là đhai đầu lại

y ator

Ổ bi

Trục máy Rotor

g sóc

à lắp đặt chép và giađai lõi thép Ở máy đi

y

m việc theouay của từ

m mát …

các chi tiết

a công vỏ

p lại rồi épiện lớn thì

g

y

c

t

p

ì

– Lõi thép st – Dây quấn s – Nắp máy – Ổ bi – Trục máy

máy phát k

máy phát ình trụ, làmnhau tạo t

không đồng

không đồn

m bằng các thành các r

đi qua lõi thép kỹ thphải dùng

ác lá thép k

Hộp đầu cực Lõi thép rotor Thân máy Quạt làm mát Hộp quạt

lồng sóc

or lồng sóc

ỹ thuật điệnhướng trụctrường qu

ơ đồ khai t

o lõi thép ằng các dâdiễn sơ đồông đồng bđặt trong c

bộ Dây qucác rãnh 3, oay chiều 3

quấn stator

bọc cách đdây quấn uấn pha A

ớn hơn để dđường kính

y dùng giá tấm ghép l

h của rotor

ắt lại ở 2 đầ

g (mà ngưvới lõi sắtoặc dạng rã

Hình 2.6 T

Hìn

n Lá t

ỏ hơn 350 Khi rotordùng lõi th

h hơn 100

đỡ rotor hlại

đặt vào th

ầu bằng ha

ời ta quen

t Để cải thãnh kép

0 mm thì

hình sao, g

anh dẫn bằ

ai vành ngắgọi là lồnghiện đặc tí

ằng đồng h

ắn mạch bằ

g sóc) Dâyính mở má

or trong cá

hay bằng nhằng đồng (h

y quấn kiể

áy, rãnh ro

áy phát

ược ép trựckính trong

do đó cònlic hình rẻ

ác máy lớn

hôm dài rahay nhôm)

u lồng sócotor có thể

c

ể

Nguyên lý hoạt động của máy phát không đồng bộ rotor lồng sóc:

Máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc có 2 dây quấn: dây quấn stator

nối với lưới điện tần số không đổi f1, dây quấn rotor được nối tắt lại hoặc khép kín

trên điện trở Khi ta tạo một từ trường với tốc độ n1 60 f

p

 trong lõi thép stator, thì

từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi thép rotor và cảm ứng trong dây quấn đó suất điện động và dòng điện Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn tác dụng với từ thông ở khe hở sinh ra moment, tác dụng đó có quan

hệ mật thiết với tốc độ quay của rotor

Khi rotor quay thuận (cùng chiều từ trường) và nhanh hơn tốc độ đồng bộ

nghĩa là vượt tốc độ đồng bộ (n > n1), khi đó chiều của từ trường quay quét qua dây

dẫn sẽ có chiều ngược lại, sức điện động và dòng điện trong dây dẫn rotor cũng đổi

chiều, nên chiều của moment cũng ngược chiều quay của n 1 nghĩa là ngược lại với chiều của rotor nên đó là moment hãm Máy điện đã biến đổi cơ năng tác dụng lên trục dòng điện, khi đó máy điện làm việc ở chế độ máy phát

Trong quá trình hoạt động ở tốc độ cố định, máy phát không đồng bộ rotor lồng sóc được nối trực tiếp với lưới, điện áp và tần số máy phát được quyết định bởi lưới điện

Hệ thống ở tốc độ cố định thường làm việc ở hai cấp tốc độ cố định Khi đó thực hiện bằng cách sử dụng hai máy phát có công suất định mức và có số cặp từ khác nhau, hoặc cùng một máy phát nhưng có hai cuộn dây với định mức và số cặp

từ khác nhau Máy phát không đồng bộ thường cho phép làm việc trong pham vi độ trượt từ 1-2 % Độ trượt lớn đồng nghĩa với tổnhao tăng lên và hiệu suất thấp hơn Hoạt động ở dạng này, máy phát không thể điều khiển công suất tối ưu và tốc độ rotor giữ cố định nên ứng lực tác động lên hệ thống rất lớn khi rotor dừng đột ngột Tuy nhiên tổ hợp có cấu tạo đơn giản và tin cậy

Khi hệ thống làm việc với tốc độ thay đổi (biến đổi toàn bộ công suất) Hệ thống được trang bị một bộ biến đổi công suất đặt giữa stator máy phát và lưới điện Loại này, có thể điều khiển tối ưu công suất nhận được, nhưng do phải biến đổi toàn

bộ công suất phát nên tổn hao lớn cũng như phí đầu tư cho bộ biến đổi công suất

có hình rẻ

ên trong hìhép thành thông gió hư

p stator (aor: Là phầnhông đồng của lõi thénhiều kiểu

g bộ kiểu

đồng bộ kphận chính

những lá

ng tổn haohình tròn

quạt Các ình thành ctừng thếp ướng tâm

(b)a) Hình vàn

lá thép ghcác rãnh đểdày 60 ÷

nh khăn (b

n, làm bằngồm ba dâyDây quấn củ

y tùy theo

9 Stator

quấn (Wou

uật điện dàđiện xoáy

g kính ngohép lại với

ể đặt dây qu

80mm, các

(c)b) Hình rẻ q

ắp ghép cách điện.gồm nhiềuđồng bộ có

an lỗ để thôuất nhỏ là kVới các m

hệ chế tạo dụng phần

n thép kĩ th

r dây quấncủa lõi thé

số vòng m

án cho rotvới ba vành

an

Lá thép roto

được ghérotor, ở giữ

m mát.Trênlắm, cho nuất lớn thì

ư lõi thép chuật điện s

n máy phát

ép Cuộn dmỗi pha dây

ì lõi thép pcủa stator

sau khi dập

t không đồdây rotor cũ

y quấn đượuấn 3 pha c

m bằng đồn

h khối hìn

ể ghép trụctổn hao sắtnhiều trườphải là loạiKhi sử dụ

p lõi sắt st

ồng bộ ũng giống

ợc tính toácủa rotor th

ng cố định ở

nh trụ, mặt

c Nếu máy

t ở lõi thépờng hợp có

i thép lá kĩụng thép látator, dùng

như stator

án phù hợphường đấu

ó:

Tần số và

sử dụng mộhơn tốc độ

S

Chổi than

2 Mạch đi

nh trượt củ

ệ hệ thốnggóp làm từdạng trong

ết kế theo chổi than điện động

là phải nhphụ vào mnverter) tro

dây quấn quấn rotor

ác Khi nghung cấp điệ

nh từ trườn

cực

sơ cấp lai trượt:

n như của mhỏ.Thông qmạch rotor tong chế độ

có 2 cuộn

r nối tắt lạhiên cứu m

ơ khí tốt, cChổi than vmáy điện mqua chổi thtrong chế đmáy phát n

dây: dây q

ại hoặc khémáy điện khiều 3 pha v

ới tốc độ:

máy điện,

Điện tngoài r

i với mạchchắc chắnchịu nhiệt,với giá đỡ,một chiều.han có thể

độ động cơnếu cần

quấn stator

ép kín trênhông đồngvào 3 cuộn

(2.1)

quay cùng

(2.2)

trở bên rotor

h

n , ,

hể thông qukhoảng từ g

ộn dây rotchúng ta c

độ máy p

àn toàn vậ

ợc điều chỉphân tích,

ừ trường qumáy điện

cosφ của l

điện muốnnày Thực

mà máy đirotor lồng s

c tốc độ m

ốc độ trongtăng tốc, đồ cũng như

n rotor trontor trong tr

hư vậy thô

h điện năng

ua các thiếgiá trị nhỏtor mắc nố

có thể vận hát với độ

ận hành thựỉnh trong mthấy rằng uay Đó ch

đã phải tilưới sẽ bịgi

n làm việc

c tế phải sử

ện dị bộ làsóc, thì mámáy phát tro

g phạm vi hồng thời vẫ

bổ sung th

n >

Chế

ng chế độ đrường hợpông qua từ

g và cấp nă

t bị điện tửnhất (điện

ối tiếp với hành ổn đ

ộ trượt s tr

ực hiện qumột phạm vmáy điện đhính là côn

êu hao mộiảm đi

độc lập, c

ử dụng tụ đ

àm việc ở c

áy phát rotong một phhẹp nên tro

ẫn cần phảhêm bộ khở

n 1

ế độ máy phá

động cơ và

p máy pháttrường củăng lượng l

ử công suấ

n trở cuộn dđiện trở bđịnh máy prong khoản

or dây quấhạm vi nhỏong hệ thố

át chiều với

n, cơ năng

chỉnh điệnđến giá trị, điều này

g đồng bộ10% Nhưưng tốc độ

n công suất

Q Nếu làm

hản kháng

để tạo nênĐây chínhphải iểm hơn là

n vì chỉ có

ện vẫn cầnđiện để bù

MW Kết cấ

ator của má

ch từ 3 pha

ều chỉnh đưhát không đ

ện việc điềkhông bị biến dòng máy phát khoảng 30%

hát khi tốcồng bộ) Ở

n lưới trongđược quyế

ơ đồ nguyCrowb

ng bộ kích

g bộ kích t

g vào năm máy chính

ấu của nó tư

áy phát khô

a tần số thấpược cả tần sđồng bộ k

ều chỉnh hạtiêu tốn năđiện tử cônDFIG có p

% Điều đặc

c độ quay máy phát

g quá trình

ết định bởi

ên lý máy

Bộ biến đ rotor má

ar

từ kép

từ kép (Do

1990 trongđược sử dụương tự nhưông đồng bộ

ấp cung cấp

ố và điện ákiểu dây qu

ạn chế tốc đăng lượng

ng suất để phạm vi đ

c biệt nữa của rotor này, khi p

oubly Fed I

g hệ thống pụng trong h

hư máy phá

ộ được kết

p cho cuộn

áp (bộ biến uấn, có bộ

độ quay m

do tổn haođưa dòng iều chỉnh t

là máy pháthấp hơn thát điện th

h, còn dòng

ợt của máy

ng đồng bộ

biến đổi lưới điện

Induction G

phong điện

hệ thống ph

át không đồnối trực tiếdây rotor đdòng hai hư

ộ điều chỉnmáy phát, th

o trên mạcđiện rotor tốc độ tươ

át này vẫn tốc độ đồn

ếp với lướiđược lấy từướng)

nh điện trở

hì hệ thống

ch điện trởlên lưới ơng đối sai

có thể vận

ng bộ (vận

y stato liên

t của cuộndấu dương

Thiết bị Crowbar được trang bị ở đầu cực rotor để bảo vệ quá dòng và tránh quá điện áp trong mạch DC-link Khi xảy ra tình trạng quá dòng, thiết bị crowbar sẽ ngắn mạch đầu cực rotor thông qua điện trở crowbar, ngưng hoạt động điều khiển của bộ biến đổi và cho phép máy phát điện không đồng bộ nguồn kép làm việc như một máy phát điện không đồng bộ thông thường Trong trường hợp này, nó sẽ tiêu thụ công suất phản kháng từ lưới

Mạch rotor được cấp nguồn từ bộ nghịch lưu nguồn áp (Voltage Source

Converter – VSC) có biên độ và tần số thay đổi với các IGBT Khi đã hòa đồng bộ

với lưới điện có thể xảy ra hai trường hợp:

- Rotor quay với tốc độ thấp hơn tốc độ đồng bộ, đó là chế độ vận hành dưới đồng bộ (hệ số trượt dương), máy phát điện lấy năng lượng từ lưới qua rotor

- Rotor quay với tốc độ lớn hơn tốc độ đồng bộ, đó là chế độ vận hành trên đồng bộ (hệ số trượt âm) và máy phát hoàn năng lượng về lưới qua rotor

Để đảm bảo máy phát điện không đồng bộ nguồn kép vận hành với hai chế

độ trên, bộ biến đổi công suất ở cả hai phía máy phát và phía lưới đều phải là bộ nghịch lưu và có khả năng điều khiển dòng công suất theo hai chiều

Bộ biến đổi cho phép máy phát điện không đồng bộ nguồn kép làm việc trong cả 4 góc phần tư của mặt phẳng phức PQ, nghĩa là máy phát điện không đồng

bộ nguồn kép có khả năng phát công suất phản kháng về lưới (điều này ngược với máy điện không đồng bộ thông thường) Mặt khác, công suất phản kháng trao đổi giữa máy phát điện không đồng bộ nguồn kép và lưới điện có thể được điều khiển độc lập với công suất thực

Ưu điểm chính của máy phát DFIG: [14]

- Máy phát điện có tần số không đổi khi tốc độ thay đổi

- Hệ số công suất có thể điều chỉnh được

- Đồng thời có thể điều chỉnh được cường độ dòng điện của rotor cũng như kiểm soát được công suất phát khác công suất định mức khoảng 30%

- Giảm được chi phí cũng như mức độ khó khăn khi phải lựa chọn bộ biến tần có công suất lớn khi sử dụng máy phát có toàn bộ công suất đi qua bộ biến tần (máy phát DFIG chỉ có một phần công suất của máy phát đi qua bộ biến tần)

ay một vònrong 2p/2 c

kỳ = (2p/2) iây = (2p/2

ng trong bachu kỳ, hay

x số vòng 2) x số vòng

òng trên ph

phát DFIGỉnh được ncòn được

a chu kỳ cy:

g/giây

hút n 1 chia

G sử dụng dnên việc liêgọi là “ kế

(2.3)(2.4)chu kỳ trên

n

Tính chất của từ trường quay do hệ thống dòng điện ba pha đối xứng gây nên: Một hệ thống dòng điện ba pha đối xứng chạy trong ba dây quấn đặt lệch

nhau 120° điện sẽ sinh ra một từ trường quay đối xứng có các tính chất sau :

a) Từ trường quay có độ lớn không đổi và bằng 3/2 từ trường cực đại của một pha Nó quay với tốc độ không đổi n1 60 f

p

 (vòng phút), gọi là tốc độ đồng bộ

b) Đảo chiều quay của từ trường: Khi thứ tự dòng điện cực đại các pha lần lượt đi từ pha A, đến pha B, rồi trục pha C, thì chiều từ trường quay sẽ quay từ vị trí trùng với trục pha A, đến trục pha B, rồi trục pha C Nếu thay đổi thứ tự hai pha vào dây quấn stator (Ví dụ đổi thứ tự hai pha B và C vào dây quấn) thì chiều từ trường quay sẽ quay ngược lại Tính chất này được ứng dụng để thay đổi chiều quay động

Z 1 = r 1 + jx 1 : tổng trở phức của một pha dây quấn stator

r 1: điện trở dây quấn stator

x 1: điện kháng tản dây quấn Stator x12 . f L1

I 1 r 1: điện áp rơi trên điện trở một pha dây quấn stator

Phương trình cân bằng điện áp trên dây quấn rotor:

Khi rotor đứng yên:

Sức điện động cảm ứng trong mỗi pha: E2 4, 44 .f k dq2 .N2max

Vì rotor ngắn mạch nên U.20

Z 2 = r 2 + jx 2: tổng trở của một pha dây quấn rotor (đứng yên)

r 2 : điện trở dây quấn rotor (đứng yên)

x 2 : điện kháng tản dây quấn rotor (đứng yên)

f: tần số dòng điện rotor bằng tần số dòng điện stator

b Khi rotor quay:

Khi rotor quay với tốc độ n, tức với hệ số trượt s, từ trường stator quay đối với rotor, với vận tốc tương đối sn1 nên tần số dòng điện rotor, điện kháng tản rotor

và sức điện động cảm ứng rotor lần lượt là :

Z 2s = r 2 +jsx 2 là tổng trở một pha dây quấn rotor lúc rotor quay

Tỉ số sức điện động pha stator và rotor :

1

dq e

dq

k N E

I : dòng điện stator khi không tải .

1

2

I : dòng điện stator và rotor khi mang tải

m 1 và m 2: số pha của dây quấn stator và rotor

Đặt:

'

I : dòng điện rotor quy đổi về stator

k i : hệ số quy đổi dòng điện

dq i

dq

m N k k

m N k

Mạch tương đương của máy phát không đồng bộ:

Mạch tương đương của stator:

1

1

1

Hình 2.16 Mạch tương đương của stator

Mạch tương đương của rotor khi quay:

2

I

2

t jsx

2

r

2

s E

Hình 2.17 Mạch tương đương của rotor

Mạch tương đương của rotor quay quy về rotor đứng yên:

Chia hai vế phương trình s E.2 I r.2 2 jsx2 cho s Được:

2

E

Hình 2.18 Mạch tương đương của rotor quay quy về rotor đứng yên

Để ráp mạch rotor với stator, ta tiến hành quy đổi sức điện động, dòng điện

và tổng trở rotor về stator sao cho điện áp và dòng điện ở chỗ nối bằng nhau Với

m2 là số pha dây quấn rotor và m1 là số pha dây quấn stator Được:

Sức điện động pha rotor quy về stator:

dq

N k E

i

I I k

dq

m N k k

2

I

' 2

jx

' 2

r s

' 2

jx

' 2

r

' 2

1 s

r s



'

2

E

Hình 2.20 Khai triển mạch tương đương rotor quy về stator

Mạch tương đương chính xác quy về stator:

2

r

' 2

1 s

r s



của từ trường ở tốc độ n2 vượt quá tốc độ quay của từ trường quay n1, độ trượt của máy điện sẽ âm

1

s n



Về mặt lý thuyết, tốc độ quay của rotor chế độ máy phát điện có thể thay đổi

khác nhau từ n 2 =n 1 đến không giới hạn, tương ứng với sự thay đổi của độ trượt từ s=0 đến s = - ∞ Nhưng trong thực tế chế độ làm việc của máy phát điện xảy ra phụ thuộc vào động cơ sơ cấp và có các giá trị của độ trượt tương ứng như ở chế độ động cơ, nghĩa là s ≤6÷8%

Máy phát rotor lồng sóc có ưu điểm là có kết cấu đơn giản, chắc chắn và về

cơ bản là không cần bảo trì, giá thành thấp, độ tin cậy cao, thích hợp với quy mô sản xuất lớn, dễ kết nối với lưới điện v.v nên được sử dụng rất rộng rãi

Hơn nữa, trọng lượng của máy nhỏ hơn từ 1,3÷1,4 lần so với máy phát đồng

bộ có chổi than Nếu so sánh với máy phát điện đồng bộ không chổi than, khối lượng máy không đồng bộ nhỏ hơn khoảng 2 đến 3 lần Khoảng cách khe khí nhỏ hơn ở máy phát đồng bộ,các thanh ruột lồng sóc không yêu cầu cách ly và được dễ dàng lắp đặt hơn trên rotor so với các cuộn dây kích từ Điều kiện làm mát của cuộn dây kích từ máy phát đồng bộ thì kém hơn so với rotor lồng sóc ngắn mạch

Ngoài ra, lợi thế của máy phát điện không đồng bộ thể hiện rõ ở tần số cao

trên Hình 2.22, đặc tính 6 Ở tốc độ thấp và hệ số cosφ nhỏ thì việc sử dụng máy phát điện không đồng bộ là không kinh tế.Tại tần số 50 Hz và tốc độ 3000 rpm, tổng

khối lượng của máy phát điện không đồng bộvà thiết bị tụ kích từ nhỏ hơn khối

lượng máy phát điện đồng bộ.Tại tần số 400 Hz và tốc độ 3000 rpm trọng lượng của

máy phát điện không đồng bộ là giảm đáng kể, khi ở tốc độ cao hơn (6000÷8000

rpm), thì máy phát điện không đồng bộ với tụ điện kích từ có trọng lượng nhẹ hơn

uất: trên H

không đồng

0 80 100

an hệ giữahát không máy phát

y này khônngắn mạch

70), cho th

ng song tưrường hợp

n đang côn

và nhẹ hơ

ủa máy đồntác dụng Hình 2.23 b

g bộ (AG) v

110 120 140

a hiệu suất đồng bộ cđiện khôn

ng yêu cầu

để huy độnhấy máy phương đối dễnày tần số

0

và công scao hơn m

ng đồng bộbảo vệ ng

ng tối đa chát điện kh

ộ tương đốgắn mạch,vông suất cầhông đồng

ay cả khi cđiện chính

Trong khi đó, với máy phát không đồng bộ kiểu rotor dây quấn hoặc kiểu nguồn kép, về kết cấu phức tạp, giá thành rất đắt tiền Ma sát và mài mòn giữa chổi than và cổ góp làm tăng tần suất bảo trì của hệ thống, cũng như tuổi thọ của máy bị giảm sút Hơn nữa kết cấu hở của vỏ máy phía ngoài cụm chổi than làm cho máy bị hạn chế khi làm việc trong môi trường ẩm ướt, bụi bẩn, thời tiết khắc nghiệt

Tuy nhiên, rotor lồng sóc cũng có một số nhược điểm điểm như:

- Tốc độ quay của động cơ không điều chỉnh được và có giá trị gần như không đổi, nó chỉ có thể thay đổi lớn hơn tốc độ đồng bộ trong một phạm vi rất hẹp

- Khi vận hành ở chế độ máy phát thì dòng kích thích cũng được cung cấp từ phía stator của máy phát, điều này làm cho máy không thể tham gia và tiến hành điều khiển được điện áp của lưới điện Trong hầu hết các trường hợp, đều cần phải mắc tụ điện song song với máy phát để bù công suất phản kháng

- Tụ điện phải cung cấp cho máy phát điện không đồng bộ dòng từ hóa hiện nay là bằng 25÷35% dòng định mức cho các động cơ công suất lớn và lên đến 70%

cho động cơ công suất nhỏ hơn 1kW Bên cạnh việc cung cấp năng lượng kích từ, các tụ điện còn phải bù tải cảm kháng cho các phụ tải của máy phát.[14]

Khi xét trên quan điểm kinh tế để giảm suất đầu tư; cũng như quan điểm sử dụng tiện lợi; có thể làm việc trong điều kiện thay thế phụ tùng khó khăn; chất lượng điện năng tại nơi tiêu thụ không đòi hỏi cao lắm Khi đó, máy phát không đồng bộ rotor lồng sóc chiếm nhiều ưu thế và có thể chấp nhận được

2.4 Bù công suất phản kháng trên máy phát SCIG

Khi máy phát ra một lượng công suất hiệu dụng thì đồng thời nó cũng tiêu thụ một lượng công suất phản kháng tương ứng từ lưới điện Vì vậy cần phải lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng song song với mạch ra để giảm công suất phản kháng và từ đó giảm tổn hao trên đường dây Khi hệ thống hoạt động độc lập (không hòa lưới điện) thì cần phải đảm bảo được yêu cầu tự kích của máy phát

Sơ đồ ở Hình 2.24 cho thấy máy phát điện không đồng bộ làm việc song

song với lưới, nó nhận dòng tải phản kháng I L và I M Phát ra dòng tác dụng I a, cung cấp cho tải thuần trở R Khi đưa các tụ điện vào hoạt động, nó đóng vai trò là tải

dung kháng thì nhận từ mạng dòng IC Bộ tụ điện cần thiết để giá trị IC bằng dòng phản kháng IL

C

1

U

.

a

I

Hình 2.24 Sơ đồ đơn giản khi nối với tải và tụ điện và đồ thị vector

Từ đồ thị véc tơ ta có dòng điện kháng tiêu thụ của mạng hiện tại là :

0

Do đó cầu dao P có thể cắt khỏi mạng, máy phát điện không đồng bộ AG sẽ

chạy độc lập trên một mạng cục bộ, chỉ với tải R vàC Trong trường hợp này, một mặt, máy phát điện vẫn tiếp tục tiêu thụ dòng tải phản kháng I L và I M , mặt khác tụ

điện tiếp tục tiêu thụ dòng I C bằng dòng phản kháng I L Như vậy, tụ điện đóng vai trò như nguồn bù công suất phản kháng.Vậy để máy phát không đồng bộ cấp cho mạng công suất tác dụng thì giá trị công suất của bộ tụ điện cần bằng với lượng cảm kháng mà máy phát nhận vào Nếu không thoả mãn điều đó, tải sẽ phải là tải hỗn

hợp Trong trường hợp tải là RC thì lượng tụ cần thiết sẽ nhỏ hơn, và ở một số điều

kiện thì việc có những tụ này là không cần thiết

Hình 2.25 cho thấy đặc tính làm việc ở chế độ không tải của máy phát không đồng bộ tự kích bằng tụ Ban đầu trong cuộn stator có từ dư nên xuất hiện sức điện

động E du , sức điện động này đặt lên bộ tụ với dòng '

C

I chảy qua stator của máy phát

làm tăng cường từ thông của máy phát, và sức điện động được tăng lên E 1 ,đồng thời

dòng qua tụ cũng tăng lên ''

C

I quá trình cứ tiếp diễn như vậy Đường đặc tính

C C

Ux I mô tả sự quan hệ giữa điện áp và dòng dung kháng

Từ sức điện động dư ta xác định được dòng qua tụ: