Xây dựng mô hình mô phỏng và khảo sát quá trình quá độ trong máy điện quay xoay chiều

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRẦN THỊ HỒNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT Q TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MÁY ĐIỆN QUAY XOAY CHIỀU LUẬN VĂN THẠC SĨ NINH THUẬN, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRẦN THỊ HỒNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MÁY ĐIỆN QUAY XOAY CHIỀU Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Lê Quang Cường NINH THUẬN, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Trần Thị Hồng i LỜI CẢM ƠN Là học viên lớp Kỹ thuật điện - khóa K24, trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội chọn đề tài luận văn Thạc sỹ là: Xây dựng mơ hình mơ khảo sát trình độ máy điện quay xoay chiều Để luận văn hoàn thành tiến độ đạt kết cao, trình nghiên cứu Luận văn tơi nhận giúp đỡ quý thầy môn Kỹ thuật điện Với tình cảm sâu sắc chân thành, cho phép tơi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất quý thầy cô trường học Thủy Lợi tạo điều kiện giúp đỡ nghiên cứu đề tài Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Tiến sĩ Lê Quang Cường quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tơi hồn thành tốt luận văn thời gian qua Sự quan tâm hướng dẫn tận tình thầy động lực để tơi nỗ lực q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn Ngồi xin chân thành cảm ơn đến lãnh đạo trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận, quý thầy cô khoa Điện – Điện tử trực tiếp gián tiếp giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu đề tài Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế học viên, luận văn tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận bảo, đóng góp ý kiến q thầy để tơi có điều kiện bổ sung, hồn thiện luận văn mình, phục vụ tốt cho cơng tác giảng dạy trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận Xin trân trọng cảm ơn! ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU x CHƯƠNG 1.1 ĐẠI CƯƠNG MÁY ĐIỆN QUAY XOAY CHIỀU Máy điện không đồng 1.1.1 Khái niệm chung: 1.1.2 Cấu tạo máy điện không đồng 1.1.3 Nguyên lý làm việc máy điện không đồng 1.1.4 Phương trình sức điện động dòng điện rotor 1.1.5 Tốc độ quay s.t.đ rotor 1.1.6 Các chế độ làm việc máy điện không đồng .9 1.1.7 Mômen điện từ máy điện không đồng 10 1.2 Máy điện đồng 13 1.2.1 Cấu tạo máy điện đồng 13 1.2.2 Nguyên lý làm việc máy điện đồng .16 1.2.3 Các phương pháp mở máy máy điện đồng 17 CHƯƠNG 2.1 CÔNG CỤ MÔ PHỎNG 23 Giới thiệu Matlab, Simmulink 23 2.1.1 Giới thiệu Matlab : .23 2.1.2 Giới thiệu Simulink 24 2.2 Lập trình Matlab .27 2.3 Simulink 30 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 33 iii 3.1 Xây dựng mơ hình mô máy điện không đồng 33 3.1.1 Biểu diễn A, B, C, D Simulink: 35 3.1.2 Mơ hình hóa đạo hàm Simulink theo thứ tự: .36 3.1.3 Biến đổi hệ tọa độ .38 3.2 Xây dựng mơ hình mơ máy điện đồng 45 3.4 Các tiêu động máy điện 56 CHƯƠNG 4.1 THỰC NGHIỆM MÔ PHỎNG 57 Khảo sát trình độ máy điện không đồng 57 4.1.1 Khảo sát trình độ khởi động 57 4.1.2 Khảo sát trình độ có tải 62 4.1.3 Các tiêucông suất khởi động 65 4.2 Khảo sát trình độ máy điện đồng 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO .75 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Stator máy điện không đồng Hình 1.2 Dây quấn Stato Hình 1.3 Roto dây quấn Hình 1.4 Roto lồng sóc Hình 1.5 Chế độ động Hình 1.6 Roto cực ẩn .13 Hình 1.7 Roto cực lồi 14 Hình 1.8 Mở máy theo phương pháp không đồng 17 Hình 1.9 Đường cong mơmen động đồng mở máy 18 Hình 1.10 Đặc tính làm việc động đồng Pđm =500 KW, .22 Hình 2.1 Màn hình làm việc Matlab .23 Hình 2.2 Cửa sổ làm việc Simulink 24 Hình 2.3 Thư viện thành phần 26 Hình 2.4 Khối chức Simulink .26 Hình 2.5 Khối lấy tín hiệu 27 Hình 3.1 Biểu diễn A khối Matlab-Simulink 35 Hình 3.2 Biểu diễn B khối Matlab-Simulink 35 Hình 3.3 Biểu diễn C khối Matlab-Simulink .36 Hình 3.4 Biểu diễn D khối Matlab-Simulink .36 Hình 3.5 Biểu diễn di ∝ sdtbằng khối Matlab-Simulink 37 Hình 3.6 Biểu diễn diβsdtbằng khối Matlab-Simulink .37 Hình 3.7Biểu diễndi ∝ r dt khối Matlab-Simulink .38 Hình 3.8 Biểu diễndiβrdt khối Matlab-Simulink 38 Hình 3.9 Hệ trục tọa độ roto d,q 39 Hình 3.10 Hệ trục tọa độ A, B, C α, β 40 Hình 3.11 Sơ đồ chuyển đổi hệ trục tọa độ từ A, B, C sang α, β 41 Hình 3.12 Sơ đồ chuyển đổi hệ trục tọa độ từ α,β sang A, B, C 41 Hình 3.13 Hệ tọa độ d, q α, β 42 Hình 3.14 Sơ đồ khối chuyển đổi hệ trục tọa độ từ α, β sang d, q 42 v Hình 3.15 Sơ đồ khối chuyển đổi hệ trục tọa độ từ d, q sang α, β 43 Hình 3.16 Mơ hình mơ máy điện khơng đồng 44 Hình 3.17 Biểu diễn i_rd khối Simulink .49 Hình 3.18 Biểu diễn i_sd khối Simulink .50 Hình 3.19 Biểu diễn i_rq khối Simulink .50 Hình 3.20 Biểu diễn i_sq khối Simulink .51 Hình 3.21 Máy điện đồng pha cực 51 Hình 3.22 Mơ hình mơ máy điện đồng 55 Hình 3.23 Biểu diển cơng suất khối Matlab - Simulink .56 Hình 4.1 Điện áp pha A, pha B, pha C 58 Hình 4.2 Điện áp α, β stato 58 Hình 4.3 Điện áp α, β stato 58 Hình 4.4 Dòng điện α, β trục Stato 59 Hình 4.5 Dòng điện α, β trục Stato 59 Hình 4.6 Dòng điện α,β trêntrục roto 59 Hình 4.7 Dòng điện α,β trêntrục roto 59 Hình 4.8 Dòng điện roto Id_r; Iq_r .60 Hình 4.9 Dòng điện roto Id_r; Iq_r .60 Hình 4.10 Dòng điện pha Stato 60 Hình 4.11 Dòng điện pha Stato 60 Hình 4.12 Dòng điện pha trục roto Ia, Ib, Ic .61 Hình 4.13 Dòng điện pha trục roto Ia, Ib, Ic .61 Hình 4.14 Tần số góc Omega 61 Hình 4.15 Tần số góc Omega 61 Hình 4.16 Đặc tính mơ men điện từ Mdt 62 Hình 4.17 Đặc tính mơ men điện từ Mdt 62 Hình 4.18 Dòng điện pha Stato 63 Hình 4.19 Dòng điện pha Stato 63 Hình 4.20 Dòng điện pha trục roto 63 Hình 4.21 Dòng điện pha trục roto 63 Hình 4.22 Tần số góc Omega 64 vi Hình 4.23 Tần số góc Omega 64 Hình 4.24 Đặc tính mơ men điện từ Mdt 64 Hình 4.25 Đặc tính mơ men điện từ Mdt 64 Hình 4.26 Đặc tính cơng suất (Pc) trục động .65 Hình 4.27 Đặc tính cơng suất (Pc) trục động .65 Hình 4.28 Đặc tính cơng suất tác dụng 65 Hình 4.29 Đặc tính cơng suất tác dụng 65 Hình 4.30 Đặc tính công suất biểu kiến 66 Hình 4.31 Đặc tính cơng suất biểu kiến 66 Hình 4.32 Đặc tính tiêu cơng suất k(t) 66 Hình 4.33 Đặc tính tiêu cơng suất k(t) 66 Hình 4.34 Đặc tính cơng suất trục động 67 Hình 4.35 Đặc tính cơng suất trục động 67 Hình 4.36 Đặc tính cơng suất tác dụng 67 Hình 4.37 Đặc tính cơng suất tác dụng 67 Hình 4.38 Đặc tính cơng suất biểu kiến 68 Hình 4.39 Đặc tính cơng suấtbiểu kiến 68 Hình 4.40 Đặc tính tiêu công suất k(t) 68 Hình 4.41 Đặc tính tiêu cơng suất k(t) 68 Hình 4.42 Góc tải đồng 70 Hình 4.43 Mô men điện từ động đồng 70 Hình 4.44 Hình dạng đặc tính Omega đồng 71 Hình 4.45 Dòng điện roto trục d, q 71 Hình 4.46 Hình dạng đặc tính Omega chưa đồng .72 Hình 4.47 Hình dạng đặc tính Omega khơng đồng 72 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng giá trị đại lượng động KĐB 53 Bảng 3.2 Bảng giá trị tương đối động KĐB 53 Bảng 3.3 Bảng giá trị Mômen Mbx , Mbux 53 Bảng 3.4 Bảng giá trị hoàn chỉnh động mức 54 Bảng 4.1 Bảng thông số động không đồng 3KW 57 Bảng 4.2Bảng thông số động không đồng 3KW 57 Bảng 4.3 Bảng thông số động đồng .69 viii + Dòng điện pha khởi động roto Ia, Ib, Ic: Hình 4.12 Dòng điện pha trục roto Ia, Ib, Ic + Hình dạng đặc tính tần số góc Omega (ω) khởi động: Hình 4.14 Tần số góc Omega 61 + Hình dạng đặc tính mơ men điện từ khởi động Mdt: Hình 4.16 Đặc tính mơ men điện từ Mdt 4.1.2 Khảo sát q trình q độ có tải - Trong máy điện trình khởi động động diễn khoảng thời gian 0,25s Khi khởi động tải 0, ứng với Mc =0; ta khảo sát đặc tính động phần 4.1.1 (Luận văn) - Khi máy điện làm việc ổn định tiến hành đóng tải cho động cơứng với Mc khác Vậy đặc tính động đóng tải chế độ qúa độ động không đồng sau: + Hình dạng dòng điện pha Staoto có tải IA, IB, IC: 62 Hình 4.18 Dòng điện pha Stato + Dòng điện đóng tải roto Ia, Ib, Ic: Hình 4.20 Dòng điện pha trục roto 63 + Hình dạng đặc tính tần số góc Omega (ω) có tải: Hình 4.22 Tần số góc Omega + Hình dạng đặc tính mơ men điện từ có tải: Hình 4.24 Đặc tính mơ men điện từ Mdt 64 4.1.3 Các tiêucông suất khởi động 4.1.3.1 Các tiêu công suất khởi động + Chỉ tiêu công suất trục động cơ: Hình 4.26 Đặc tính cơng suất (Pc) trục động + Chỉ tiêu công suất tác dụng P(t): Hình 4.28 Đặc tính cơng suất tác dụng 65 + Chỉ tiêu công suất biểu kiến S(t): Hình 4.30 Đặc tính cơng suất biểu kiến + Chỉ tiêu cơng suất k(t): Hình 4.32 Đặc tính tiêu công suất k(t) 66 4.1.3.2 Chỉ tiêu công suất có tải +Chỉ tiêu cơng suất Pc trục động Pc: Hình 4.34 Đặc tính cơng suất trục động + Chỉ tiêu công suất tác dụng P(t): Hình 4.36 Đặc tính cơng suất tác dụng 67 + Chỉ tiêu cơng suất biểu kiến S(t): Hình 4.38 Đặc tính cơng suấtbiểu kiến + Chỉ tiêu cơng suất k(t): Hình 4.40 Đặc tính tiêu cơng suất k(t) 68 4.2 Khảo sát trình độ máy điện đồng - Thực nghiệm mô máy điện đồng với thông số cho bảng TT TÊN KÝ HIỆU Công suất định mức Pn: Pn= 25 Điện áp định mức Un=127 Số pha m=3 E0f E0f=50.8 Dòng điện định mức In= 0.305 Điện trở Stato Rs=82 Điện kháng x_sd= 275 x_sq= 615 x_ad= 207 x_aq= 547 r_rd=65 r_rq= 69 x_rd= 360 x_rq= 600 Mơ men qn tính J=0.0002 Tần số lưới f= 50 10 Số đôi cực p= Bảng 4.3 Bảng thông số động đồng 69 -Với ee0 giá trị định mức (ee0 = 0.4) Kết thu thực nghiệm khảo sát nhiều lầncho kết nhưsau: + Hình dạng góc tải đồng bộ: Hình 4.42 Góc tải đồng +Mô men điện từ động đồng bộ: + Đặc tính Omega động cơđồng Hình 4.43 Mô men điện từ động đồng 70 + Đặc tính Omega động đồng Hình 4.44 Hình dạng đặc tính Omega đồng + Dòng điện roto trục d, q; Hình 4.45 Dòng điện roto trục d, q 71 +Đặc tính Omega khichưa đồng hóa: + Đặc tính Omega khỏi đồng Hình 4.46 Hình dạng đặc tính Omega chưa đồng + Đặc tính Omega khơng đồng hóa: Hình 4.47 Hình dạng đặc tính Omega khơng đồng 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Kết đạt được: Với đềtài luận văn tốt nghiệp thạc sĩ: “Xây dựng mơ hình mơ khảo sát q trình q độ máy điện quay xoay chiều”cùng hướng dẫn TS Lê Quang Cườngtôi đãbắt tay vào nghiên cứu lý thuyết máy điện quay xoay chiều, xây dựng mơ hình mơ máy tính, thực nghiệm mơ hình mơ để khảo sát q trình q độ máy điện quay xoay chiều Trong luận văn đãthực kết sau: - Xây dựng mơ hình mơ máy điện quay xoay chiều máy tính - Tiến hành thực nghiệm mơ để khảo sát q trình q độ máy điện quay xoay chiều - Biết cách khảo sát trực quan đặc tính máy điện quay xoay chiều trình độ - Giúp cho q trình giảng dạy mơn máy điện trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận dễ dàng đạt hiệu cao * Hạn chế luận văn: - Luận văn thạc sĩ: “Xây dựng mơ hình mơ khảo sát q trình q độ máy điện quay xoay chiều”với quy mô rộng cần nhiều thời gian để nghiên cứu - Đề tài mang tính chất nghiên cứu mơ hình mơ máy tính * Hướng phát triển luận văn: - Trong thời gian tới tơi có hướng nghiên cứu rộng đặc tính máy điện quay xoay chiều máy điện chiều - Ngồi tơi cố gắng nghiên cứu ứng dụng đề tài vàocác loại máy điện để giải toán tối ưu khởi động mang tải để máy điện làm việc tốt 73 - Tuy nhiên thời gian có hạn, luận văn tơi chắn khơng tránh khỏi hạn chế, thiếu sót mongquý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp bạn học viên lớp Kỹ thuật điện, khóa K24 đóng góp để luận văn tơi hồn thiện ứng dụng rộng rãi trình giảng dạy môn Máy điện Trường Cao đẳng Nghề Ninh Thuận để ngày đạt hiệu cao 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Bình,Máy điện tổng quát, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2011 [2] Vũ Gia Hanh, Phan Tử Thụ, Trần Khánh Hà, Nguyễn Văn Sáu, Máy điện tập 1, 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2012 [3] Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Nguyễn Trung Sơn, Cao Văn Thành, Điều khiển số Máy điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1999 [4] Nguyễn Phùng Quang, MATLAB & SIMULINK dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB khoa học kỹ thuật, 2008 [5] Копылов И.П.,Математическое моделирование электрических машин, Высшая школа, 2001 75 ... tài: Xây dựng mơ hình mơ máy điện quay xoay chiều máy tính, tiến hành thực nghiệm mô để nghiên cứu trình độ máy điện quay xoay chiều Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Máy điện quay xoay chiều: Máy điện. .. GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRẦN THỊ HỒNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT Q TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MÁY ĐIỆN QUAY XOAY CHIỀU Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã... Biến đổi hệ tọa độ .38 3.2 Xây dựng mô hình mơ máy điện đồng 45 3.4 Các tiêu động máy điện 56 CHƯƠNG 4.1 THỰC NGHIỆM MÔ PHỎNG 57 Khảo sát trình độ máy điện không đồng