Cã nhiÒu phÇn mÒm cho phÐp ta m« pháng vµ nghiªn cøu song phÇn mÒm dÔ sö dông vµ ®¸p øng ®îc nh÷ng yªu cÇu cña ®èi täng thùc ®ã lµ phÇn mÒm Matlab... XÐt sù thay ®æi cña L a theo gãc [r]
(1)Tác giả: Th.S Trần Anh Dũng, Ks vơng đức phúc Hiệu đính: Th.s Đỗ Văn a
Mô hình hoá hệ thống điện
HảI phòng - 2007 Mục lục
(2)Lời nói đầu
Mụ hỡnh hoỏ mô nột phơng pháp nghiên cứu khoa học để nghiên cứu đối tợng, thay đối tợng mơ hình để nhằm thu thập thông tin quan trọng đối tợng cách tiến hành thực nghiệm mơ hình Ngày với trợ giúp máy tính có tóc độ cao mà phơng pháp mơ hình hố đợc phát triển mạnh mẽ đợc ứng dụng rộng rãi từ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, đến vận hành hệ thống trong mọi lĩnh vực đời sống xã hội nh: Quân sự, kinh tế, xã hội…
Phơng pháp mơ hình hố thờng đợc sử dụng trờng hợp sau đây: 1. Khi nghiên cứu hệ thống thực gặp khó khăn nhiều ngun
nh©n:
- Giá thành nghiên cứu hệ thống thực đắt
- Nghiên cứu hệ thống thực ảnh hởng đến sản xuất gây nguy hiểm cho ngời nh thiết bị
- Nghiên cứu hệ thống thực đòi hỏi thời gian dài
(3)3. Phơng pháp mơ hình hố cho phép nghiên cứu hệ thống khi cha có hệ thống thực: Trong trờng hợp cha có hệ thống thực thì nghiên cứu mơ hình biện pháp để đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật, lựa chọn cấu trúc thông số tối u hệ thống… Xuất phát từ tầm quan trọng nhóm tác giả tổng hợp viết cun sỏch
Mô hình hoá hệ thống điện Cuốn sách trình bày mô hình toán các
“ ”
loại máy điện,các biến đổi hệ thống lợng điện từ mơ phóng các hệ thống máy tính Có nhiều phần mềm cho phép ta mô phỏng và nghiên cứu song phần mềm dễ sử dụng đáp ứng đợc yêu cầu của đối tọng thực phần mềm Matlab Cuốn sách tài liệu tham khảo tốt cho kỹ s, cán kỹ thuật, sinh viên lnh vc cụng ngh.
Hải Phòng tháng năm 2007
Nhóm tác giả
PHầN I: MÔ PHỏNG CáC THIếT Bị Và Hệ THốNG NĂNG LƯợNG ĐIệN TRÊN TàU THUỷ
Chơng 1
Mụ hình tốn học máy phát đồng bộ có chổi than
1.1: Thành lập hệ phơng trình máy phát đồng ở hệ trục cố định.
1.1.1 Xét máy phát đồng có cấu tạo nh hình vẽ, Ws: Cuộn dây pha stato, Wf : Cuộn dây kích từ cịn WD, Q
W
: Cuộn dây ổn định theo trục dọc ngang
a
Ws
b
c
q
d
(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 Rotor
a,d
: Góc trục cuộn dây Stator pha A vµ trơc däc Rotor
Để đa phơng trình máy phát đồng miêu tả mối quan hệ đaị lợng điện áp, dòng điện từ thơng móc vịng cuộn dây Stator, kích từ ổn định ta sử dụng định luật cảm ứng điện từ định luật Khiec khốp
Ta ký hiệu đại lợng nh sau:
ua, ub, uc : Điện áp tức thời cuộn dây pha Stato
ia, ib, ic : Dòng điện cuộn dây pha
a, b, c : từ thông cuộn dây pha a,b,c ë Stato
c b a r r
r
r
: ®iƯn trë cuộn dây stato
uf, if, f : Điện áp, dòng điện từ thông móc vòng cuộn kích từ
rf: Điện trở cuộn kích tõ
Q D Q D Q
D i r r
i , , , , ,
: dịng điện, từ thơng, điện trở cuộn ổn định theo trục dọc trục ngang
1 Các phơng trình cân điện áp 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 :
ea=−dψa
dt ; eb=−
dψb
dt ; ec=−
dψc
dt Cuộn kích từ cuộn ổn định:
uf=− ef+rf if (1.4)
Wf
WQ
(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 Các phơng trình tơng hỗ từ cuộn dây
a vit phng trỡnh tơng hỗ từ ta nhận thấy từ thơng móc vịng cuộn dây khơng phụ thuộc dịng điện cuộn dây mà cịn phụ thuộc vào tất cuộn dây nằm mạch từ máy mang dòng điện Xét mạch từ gồm cuộn dâynh hình vẽ
H×nh 1.2
Theo định luật dịng điện tồn phần
Ta cã : H.dl I
Giả thiết tất đờng từ thông cuộn dây theo mạch từ theo suốt chiều dài mạch cờng độ từ trờng H=const
H.dl H.ltb ii1.w1 i2.w2
ở đó:
0
w.S
H H B
w S B
( Trong B độ từ cảm đo T, S Tiết diện mạch từ, l chiều dài mạch từ) Nh cuộn 1:
i1 W1
i2 W2
(6)H1=
ψ1 μ μ0.W1 S
H1=
ψ1 ltb
μ μ0.W1 S
=i1.W1± i2 W2
→ψ1=W1
2 μ μ
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 ; 12
0 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 cuộn dây.
:
21
12 M
M Hệ số hỗ cảm cuộn cuộn 2.
b áp dụng công thức cho mạch từ cuộn dây:
ψa=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 hệ số tự cảm, hỗ cảm phơng trình thay đổi Nó thay đổi sau:
c Xét thay đổi La theo góc quay Rotor.
2 cos
Lm Lo
La (1.14)
a
a
9 0
Wf
(7)Hinh 1.3
Khi
0
0
th× LaLoLmMax
Khi
0
90
th× LaLo LmMin
H×nh 1.4
Tơng tự xét thay đổi 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 Mab theo góc quay
Ta nhận thấy hệ số hỗ cảm cuộn dây pha a pha b âm góc lệch pha gi÷a chóng lớn hơn90 Mabmaxkhi Rotor n»m chÝnh gi÷a trơc a,b
600
đạt giá trị nhỏ Rotor quay thêm
(8)a
a
W
f
d
W d
Mab=− M0+Mm cos(2 γ −120
0
)
(1.17)
Tơng tự : Mbc=− M0+Mm cos γ (1.18)
Mac=− M0+Mm.cos (2 γ +1200) (1.19)
Mối quan hệ đợc thể
Hỡnh 1.6
e Quan hệ hệ số hỗ cảm cuộn dây Stator cuộn kích từ
Sự thay đổi Maf theo : Ta thấy 0thì khoảng cách cuộn kích từ cuộn dây pha a gần lúc hệ số hỗ cảm Maf max và mang dấu (+)
Khi
0
90
trục cuộn kích từ trục cuộn dây pha vng góc nên chúng không tơng hỗ với nên Maf 0.Tơng tự cho thay đổi cuộn dây pha b, c với cuộn kích từ Sự thay đổi đợc thể công thức :
0
180
(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 cuộn dây Stator cuộn ổn định
Tơng tự nh lí luận quan hệ hệ số hỗ cảm cuộn dây Stator 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 cuộn ổn định nằm quay với Rotor hệ số tự cảm nh hệ số hỗ cảm chúng với không đổi không phụ thuộc vào vị trí Rotor Lf = LD = La = const
Ta nhận đợc hệ phơng trình toán máy phát đồng
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
(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)
ψb=Lb.ib+Mba.ia+Mbc ic+Mbf.if+MbD iD+MbQ iQ (1.36)
ψc=Lc ic+Mca.ia+Mcb ib+Mcf.if+McD.iD+McQ.iQ (1.37)
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 γ
(1.41)
Lb=L0+Lm cos(2 γ +1200) (1.42)
Lc=L0+Lm cos (2 γ −120
0
) (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
0
) (1.49)
,
const Lf
LD const, MfD const MDf
(11)®iƯn = p
hinhhoc
(1.50) Khi tiến hành mô ta phải sử dụng bớc tính nhỏ điện áp hình sin có tần sè kho¶ng (50-60)Hz. T 0,017 0,02s 1.2: HƯ PHƯƠNG TRìNH CủA MáY PHáT ĐồNG Bộ VIếT Hệ TRơC QUAY
1.2.1 HƯ trơc quay:
Do tính chất phức tạp mơ hình tốn máy phát đồng viết hệ trục cố định gây nhiều khó khăn cho q trình mơ phỏng, ta tìm cách đa mơ hình tốn học máy phát đồng mơ hình viết hệ trục vng góc( d,q) gắn liền với từ trờng quay Rotor Hệ gồm hai trục d q vng góc với quay với tốc độ quay rotor
Trục d đặt dọc theo trục rotor gọi trục dọc Trục q đặt ngang theo trục rotor gọi la trục ngang
d
q a
b c
u d
u q u
0
H×nh 1.8
q
(12)ở hệ trục ta nhận đợc phơng trình có hệ số khơng đổi sử dụng thơng số máy Cịn cần thơng số thực ta sử dụng cơng thức chuyển đổi để tính
1.2.2 Mối quan hệ 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
c
a
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 (+1200) (1.53)
b Dòng điện
ia=id cos γ − iq sin γ (1.54)
ib=id cos(γ −1200)−iq.sin (γ − 1200) (1.55)
ic=id.cos (γ+120
0
)− iq sin(γ+1200) (1.56)
c Tõ th«ng
Đối với từ thơng chiều dơng trục đợc chọn trùng với chiều dơng điện áp, dòng điện
(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
0
)−ψq sin(γ+120
0
)
(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
os( 120 ) sin( 120 )
b d q
u u c u
(1.61)
0
os( +120 ) sin( 120 )
c d q
u u c u
(1.62) Nh©n (1.60) víi c os
(1.61) víi
0
os( 120 )
c
(1.62) víi
0
os( +120 )
c
Råi céng l¹i víi nhau:
) 120 ( sin ) 120 ( cos ) 120 ( sin ) 120 ( cos sin cos ) 120 cos( ) 120 cos( cos 0 0 2 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 γ +sin 2(γ −120
0
(14) 0 0
cos cos 120 cos 120
2
a b c d
u u u u
→ud=2
3[uacos γ +ubcos(γ −120
0
)+uccos (γ+1200)] (1.63) T¬ng tù: nh©n (1.60) víi sin
(1.61) víi
sin 120
(1.62) víi
0
sin 120
→uq=−
3[uasin γ+ub sin(γ −120
0
)+uc sin( +1200)] (1.64) Tơng tự với dòng điện từ thông:
id=2
3[iacos +ibcos ( 120
0
)+ic cos (γ +1200)] (1.65)
iq=−2
3[iasin γ+ibsin(γ −120
0
)+ic sin(γ+1200)]
(1.66)
ψd=−2
3.[ψa cos γ+ψb cos(γ −120
0
)+ψc cos (γ+1200)]
(1.67)
ψq=−
3.[ψa sin γ+ψb sin(γ −120
0
)+ψc sin(γ+1200)] (1.68) Thực chuyển đổi cách thay công thức biến đổi vào phơng trình máy phát đồng hệ a, b, c
Ta cã:
dt d i r u
dt d i r u
dt d i r u
c c c
b b b
a a
a
Nh vËy (1.63), (1.64) trë thµnh:
0
2
( )cos ( ).cos( 120 ) ( ).cos( 120 )
3
a b c
d a b c
d d d
u i r i r i r
dt dt dt
(15) ) 120 cos( ) 120 cos( cos ) 120 cos( ) 120 cos( cos 0 0 dt d dt d dt d i i i r u c b a c b a d
BiÓu thøc ë cặp dấu ngoặc vuông thứ d
i.
2
(theo công thức biến đổi hệ trục dịng điện)
Để tính biểu thức dấu ngoặc vuông thứ hai trớc hết tính đại lợng
dt dd
) 120 sin( ) 120 sin( sin ) 120 cos( ) 120 cos( cos ) 120 sin( ) 120 cos( ) 120 sin( ) 120 cos( sin cos 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
2 0
Nh vËy :
q d d q d d d dt d i r dt d i r
u . .
2 (1.69) Tơng tự ta nhận đợc:
uq=−r iq−dψq
dt +ω ψd (1.70)
+ Các phơng trình điện áp cuộn ổn định cuộn kích từ: - Phơng trình cân điện áp cuộn kích từ :
Vì cuộn kích từ nằm rotor quay rotor trục nằm trùng với trục rotor nên phơng trình cân điện áp cuộn kích từ viết hệ trục (d,q) không đổi:
uf=rf if+dψf
dt (1.71)
(16)0
0 oD
D oD
d r i
dt
(1.72) Mặc dù cuộn ổn định gắn liền với rotor, quay rotor nhng trục khơng trùng với trục rotor viết hệ trục d,q có hai thành phần theo trục dọc trục ngang
Gäi: ( , )
) , (
oD oD
d i d
(1.72) trë thµnh:
1
0
os os
D D
oD
i d
r
c c dt
os
0
os
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 cuộn ổn định theo trục dọc Hoặc (1.72):
1
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 cuộn ổn định theo thành phần trục ngang + Các phơng trình tơng hỗ viết hệ (d,q):
Để chuyển đổi phơng trình tơng hỗ cuộn dây từ hệ trục a,b,c sang hệ trục (d,q) ngời ta đa máy phát điện đồng giả tởng gồm cuộn dây giả tởng gắn liền với hệ trục (d,q)
d : cn stator gi¶ tëng theo trơc däc q : cn stator gi¶ tëng theo trơc ngang f : cuén kÝch tõ gi¶ tëng
(17)Q : cuộn ổn định giả tởng theo trục ngang
, , , ,
ds fs Ds qs Qs
, lµ từ thông tản cuộn dây tơng ứng
, ad aq
: từ thông tơng hỗ cuộn dây
Hình 1.11
- Giả thiết cuộn dây trục có chung từ thông
t-ơng hỗ , cuộn dây nằm khác không tt-ơng hỗ với hai trục vuông góc
- Giả thiết từ thông móc vòng cuộn dây từ thông tỉng
của từ thơng tản cuộn dây với cuộn dây tơng hỗ
ψd=ψds+ψad
ψq=ψqs+ψaq
f=fs+ad
D=Ds+ad
Q=Qs+aq
Vì cảm kháng tỷ lệ với từ thông mà :
Xd=Xds+Xad
Xq=Xqs+Xaq
Xf=Xfs+Xad
XD=XDs+Xad
q
ds
Qs
fs Ds
0
d
(18)XQ=XQs+Xaq
Ta nhËn thÊy từ thông tản cuộn stator theo trục dọc trục ngang gần nên ta coi:
ds qs s Xds Xqs Xs
- Trở kháng gồm hai thành phần: XdS XqS XS
- Các phơng trình tính từ thơng tổng cuộn dây đợc tính theo nhận
định trên:
Ta cã:
0
b c
2
os + os( 120 ) os( 120 )
d ac c c
(1.75)
0
b c
2
os + os( 120 ) os( 120 )
q ac c c
(1.76) Thay:
ψa=La.ia+Mab ib+Mac.ic+Maf if+MaD iD+MaQ iQ
ψb=Lb.ib+Mba.ia+Mbc ic+Mbf.if+MbD iD+MbQ iQ
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
0
)−iq.sin (γ+ 1200)
La=L0+Lm cos 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
(19): dD
M
Hệ số hỗ cảm cuộn stator với cuộn ổn định
: df
M
Hệ số hỗ cảm cuén stator víi cuén kÝch tõ
: dQ
M
Hệ số hỗ cảm cuộn stator với cuộn ổn định theo trục ngang
Tất hệ số hệ số không đợc tính sở phép tính, biến đổi Nó phụ thuộc vào hệ số :Lo, Mo, Lm, Mm, Mf, MoD nhng
khơng phụ thuộc vào góc quay roto nên hệ số khơng i
Chẳng hạn:
q m
m d
L M
L L
L M
L L
0
0
Bằng phép biến đổi tơng tự ngời ta đa phơng trình từ thơng tổng cuộn ổn định cuộn kích từ theo trục d 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 gi¶ thiÕt tất hệ số hỗ cảm theo trục cuộn dây trục có hệ số hỗ cảm :
Dd fD Df
df fD qQ Qq
M M M M M
M M
Suy phơng trình máy phát đồng viết 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
(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 viết hệ trục (d,q) giá trị tơng đối
- Khi mô thông thờng ngời ta nghiên cứu đại lợng giá trị tơng đối để khảo sát máy điện mặt định tính Nếu muốn định lợng
ngời ta tính giá trị tơng đối nhân với giá trị so sánh a) Chọn đại lợng so sánh bản:
- §iƯn ¸p Stato:
2
n b
U U
: Biên in ỏp pha nh mc
- Dòng điện Stato:
2
n b I
I
- VËn tèc quay:
n n
b f 2
- Dßng kÝch tõ:
kt I Ifb f
: (Dịng kích từ máy phát khơng tải điện áp máy phát định mức)
- Tõ th«ng mãc vßng cuén kÝch tõ:
fb f fKT
fb L I
- Tõ th«ng mãc vßng cuén Stato:
b
: Chọn từ thông máy phát không tải điện áp định mức
ud=−r id+
dψd
(21)uq=−r iq−dψq
dt +ω ψd
Khi không tải id iq
0 dt d dt
dd q
d q q d u u 2 2 . q d q d u u
u
b b
u . hay b b b b
b L i
u
Lb : Giá trị hệ số tự cảm cuộn Stator 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 Q D
- §iƯn trë cn Stator:
b b b b b L I U
Z
- Dòng điện ổn định theo trục dọc:
D
d b Db
M I
- Từ thơng móc vịng cuộn ổn định theo trục dọc:
Db b I
L
Db
- Dòng 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 giá trị tơng đối
(22)q d d d dt d i r
u . .
⇔ ud
Ub
=−r id
Ub
+
Ub
.dψd
dt +
ω.ψq Ub
⇔ ud
Ub
=− r id
Zb Ib
+
ωb ψb dψd
dt +
ω.ψq ωb ψb
⇔ud
❑
=−r❑.id❑+
ωb dψd❑
dt +ω
❑ ψ
q
❑
(1.90)
Phơng trình cân điện áp cuộn stator theo trôc ngang:
d q q q dt d i r
u .
⇔ uq
Ub
=−r iq
Ub
+
Ub
.dψq
dt +
ω ψd Ub
⇔ uq
Ub
=− r iq
Zb Ib
+
ωb ψb dψq
dt +
ω ψd ωb ψb
⇔uq
❑
=−r❑.iq❑+
ωb dψq❑
dt +ω
❑ ψ
d
(1.91)
- Phơng trình cân ®iƯn ¸p cn kÝch tõ:
uf=rf if+dψf dt
⇔ uf
Ufb
=−rf.if
Ufb
+
Ufb dψf
dt
⇔ uf
Ufb
=− rf.if
rf Ifb
+
rf.ψfb
.dψf dt
⇔u❑f
=i❑f +Tf.dψf
❑ dt (1.92) f f f r L T
(23)- Phơng trình cân điện áp cuộn ổn định theo trục dọc: dt dt 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
dt
⇔0=i❑D
+TD.dψD
❑
dt (1.93)
ở : D
D D r
L T
: Hằng số thời gian cuộn ổn định theo trục dọc - Phơng trình cân điện áp cuộn ổn định theo trục ngang:
⇔0=rQ iQ+dψQ dt
⇔0= rQ iQ
rQ IQb
+
rQ iQb dψQ
dt
⇔0=i❑Q
+ LQ
rQ iQb
.dψQ dt
⇔0=i❑Q
+TQ.dψQ
❑
dt (1.94)
: Q
Q Q
r L T
: Hằng số thời gian 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 L
* . * . D.
(24)Ta có: d Ld.id Mdf.if MdD.iD Khi không tải th×:
d Q qQ q q q f df d i M i L i M
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❑+i❑f +i❑D (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 cuộn stator theo trục ngang
q
L
: HÖ sè tù c¶m cđa cn stator theo trơc ngang
- Phơng trình tính từ thông tổng cuộn kích tõ:
(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 kích từ cuộn stato theo trôc däc
Do giả thiết cuộn dây giả tởng máy phát đồng nằm trục trục có chung từ thơng hỗ cảm adđối với trục d,aqđối với trục q
- Các hệ số hỗ cảm cuộn dây nằm trục phải Cho nªn: Qq qQ Df fD Dd d fd df M M M M M M M M D
Xd , Xf , XD : trở kháng tự cảm cuộn dây d, f, D
(26)Xad : Trở kháng hỗ cảm chung cho cuộn nằm trục dọc
Xaq : trở kháng hỗ trợ chung cho cuộn nằm trục ngang
XdS , XfS , XDS :Trë kh¸ng khuÕch t¸n (tản) cuộn d,f,D
XqS , XQS : Trë kh¸ng khuÕch t¸n c¸c cuén q,Q
Ta cã:
XdS = XqS = XS : Trë kh¸ng khuÕch tán cuộn stato thờng có hồ
sơ tài liƯu m¸y
Xd=XS+Xad
Xf=XfS+Xad
XD=XDS+Xad
Xq=XS+Xaq
XQ=XQS+Xaq
Từ nhận định ta có:
f d ad d f ad ad d X X X X X X X D d f df fD M L M M g
: HÖ sè tơng quan cuộn dây kích từ cuộn stator theo trôc däc * * * * * . . . D d d d f
f i X i g i
(1.99)
- Phơng trình tính từ thơng tổng 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
(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 cuộn stator theo trục dọc D df d Df M L M M g D
: Hệ số tơng quan cuộn ổn định cuộn kích từ theo trục dọc * * * ' * * . . . 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
(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 * * .
b q Q Qq Q Qb Q i L L M i
Ta l¹i cã:
* * * * * 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 * * * * . . q q d Q
Q i X i
(1.111)
Nh ta nhận đợc hệ phơng trình sau: *
* * *
*
* . . .
q d b d d dt d i r
u
(1.112) * * * * *
* . . .
d q b q q dt d i r
u
(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) * * * * * . . . D d d d f
f i X i g i (1.119) * * * ' * * . . . 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 X X X X X X . . . d D ad d D d Dd d X X X L L M M D ' f ad d f df fD X X M L M M
g
D D ad df D d Df X X M L M M
g
D q Q Qq q Q Qq q X X X L L M 2
Khi sử dụng hệ phơng trình máy phát đồng hệ tơng đối ta quy -ớc bỏ dấu (*), nhng ngầm định đại lợng đo giá trị tơng đối Trừ số đại lợng đặc biệt
1.3: TíNH TOáN CáC THÔNG Số MáY PHáT ĐồNG Bộ
1.3.1 Lý thuyÕt:
(30)còn số khác nh hệ số tơng quan, số thời gian cuộn ổn định khơng tra cứu đợc mà phải tính tốn từ thơng số khác thờng hồ sơ có thơng số sau : Pn ,Un , In , fn :
Những thơng số định mức
r : §iƯn trë cuộn stator ( )
rf : Điện trở cuén kÝch tõ ( ) Xd : Trë kh¸ng theo trơc d Xq : Trë kh¸ng theo trơc q
Xs : Trở kháng tản cuộn stato chung cho trục d q ( cho gía trị tơng đối )
'
d
X
: Trở kháng độ theo trục d
"
d
X
: Trở kháng siêu độ theo trục d
"
q
X
: Trở kháng siêu độ theo truc q Td : Hằng số thời gian cuộn kích từ
"
d
T
: Hằng số thời gian siêu độ cuộn stato theo trục dọc
"
q
T
: Hằng số thời gian siêu độ cuộn stato theo trục ngang
Nh để viết hệ phơng trình máy phát đồng cần phải tính tốn thơng số :
, , , 1, 2, ,
'
Q D d
q
d g g T T
Trở kháng siêu độ đợc xác định tỷ số gia số từ thông tăng với gia số dịng điện
øng víi tõng trôc
q q q
d d d
i X
i X
"
" ;
Còn trở kháng độ đợc định nghĩa nh trở kháng siêu độ nhng khơng tính cuộn ổn
định X q Xq '
Tìm công thøc tÝnh
"
d
X
vµ "
q
X
(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
'
D iD d Xd id g if
Do đặc thù cấu trúc máy phát đồng quán tính cuộn dây đặt roto lớn
nhiều quán tính cuộn dây stato
giả thiết f D so sánh chóng víi d .
Khi ta tính đợc i f, iD theo id:
d d d d f i g g g X i 1 ' d d d d d i g g g X i 2 '
Thay biểu thức tính iD if vào phơng trình d ta có:
d d d d
d g g i
g g
X
1 ' 1 d d d d d d X g g g g i X 1 1 ' " 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
(32)ad S D ad S f ad S d X X X X X X X X X
Sau biến đổi ta thu đợc biểu thức tính " d X : DS fS ad S d X X X X X 1 1 " 1.122 Đại lợng trở kháng độ cuộn stato theo trục dọc
'
d
X
đợc định nghĩa tơng tự nh đại lợng trở kháng siêu độ nhng bỏ qua cuộn ổn định
fS ad S d X X X X 1 ' 1.123 Bằng phép biến đổi tơng tự nh ta nhận đợc cơng thức tính
" q X : QS aq S q X X X X 1 " 1.124 Từ (1.122), (1.123), (1.124) ngời ta đa sơ đồ thay máy phát đồng nh sau:
" d X S X ad
X XfS XDS
' d X S X ad
X XfS
" q X S X aq
X XQS
(33)Từ công thức thu đợc, ngời ta đa phơng pháp tính hệ số hệ phơng trình
máy phát đồng nh sau:
; d f ad d X X X D d ad d X X
X ' ; ; f ad X X g D ad X X g 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 ' ad S d fS X X X X f d ad d X X
X
2
* TÝnh TD:
Hằng số thời gian siêu độ cuộn stator cuộn ổn định coi 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
(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 "
Nªn: aq S
QS Q X X X X 1 "
NÕu m¸y chØ cho biÕt "
d
T
1.3.2-Bµi tËp :
Cho máy phát đồng MCC 92-4, công suất 100kW Trong hồ sơ tài liệu cho:
Un = 400V, In = 181A, fn 50Hz , r = 0.032 (), Xd = (t®), Xq = 0.83 (t®),
XS = 0.065, 0.25
' d X , 17 " d X
, 0.19
"
q
X
, Tf 1.64(s), 0.018( )
" s
Td
Tính tốn thơng số viết phơng trình máy phát đồng hệ trục d, q theo giá trị tơng đối
Gi¶i ) ( 400 V U U n
b
A I
Ib n 181
1,27
181 400 b b b I U Z
rad s
fn
n
(35)Ta cã: 89 , 177 , 935 , 86 , 177 , 935 , 177 , 935 , 242 , 242 , 205 , 935 , 1 065 , 17 , 1 1 1 904 , 14 , 935 , 875 , 14 , 935 , 14 , 935 , 205 , 205 , 935 , 1 065 , 25 , 1 1 935 , 065 , 025 , 27 , 032 , 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 , 765 , 149 , 149 , 765 , 065 , 19 , 1 1 765 , 065 , 83 , ' 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
(36)V×: 29 , 205 , 065 , 935 , 1 242 , 1 1 " fS S ad DS D X X X X X 21 , 065 , 765 , 1 149 , 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 , 018 ,
" " " "
Vậy hệ phơng trình máy phát đồng cho viết hệ d,q 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
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 máy phát đồng nhằm đơn giản hố q trình xây dựng mơ hình
(37)của máy Tuy nhiên lợc bỏ kết mơ thu đợc có độ xác thấp , ảnh hởng
đến q trình tĩnh động Mặc dù thoả mãn đợc số yêu cầu toán đề
Để đơn giản hoá máy phát đồng ta nhận giả thiết sau :
- Bỏ qua cuộn ổn định phơng trình liên quan đến cuộn ổn định đợc bỏ
- Bá qua ®iƯn trë cuộn stator
- Bỏ thành phần không tuần hoàn cuộn stator tức :
0
dt d dt
dd q
- Coi tốc độ quay động lai máy phát không đổi tốc độ định mức
*
.
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 ifd.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
dt (1.134)
(38)Ch¬ng 2
Mơ hình tốn học tải đối xứng
H×nh 2.1
Tải đợc nối hình có: c
b a R R
R , ,
: Điện trở c¸c pha c
b a L L
L , ,
: Điện cảm pha c
b a i i
i , ,
(39)a b c n n c b a L L L L R R R R
Vì tải đối xứng nên coi điện điểm o’ tải điện điểm o máy phát
2.1 Mơ hình tốn học tải đối xứng 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 Mô hình toán học viết hệ d,q
+) Để liên kết hệ phơng trình tải với hệ phơng trình máy phát đồng viết hệ trục quay (d,q) ta biến đổi phơng trình tải
+) Ta biết biến đổi từ (a,b,c) (d,q)
ud=
3.[ua.cos γ+ub cos (γ − 120
0
)+uc cos(γ+1200)] (2.4)
uq=−2
3.[ua.sin γ+ub sin(γ −120
0
)+uc sin(γ+1200)] (2.5) Ta biến đổi ud uq tơng tự:
cos cos( 120 ) cos( 120 )
2 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
Rn ia ib ic
cos cos 1200 cos 1200
3 dt di dt di dt di
L a b c
n
Ta l¹i cã :
+) ) 120 cos( ) 120 cos( cos
2 0
a b c
d i i i
i
(40)+)
dia
dt cos γ − ia sin γ
dγ
dt + dib
dt cos(γ −120
0
)− ib sin(γ −1200).dγ dt +¿ did
dt = 3.¿
+dic
dt .cos (γ+120
0
)− ic sin(γ +1200).dγ
dt ¿
cos cos 1200 cos 1200 dt di dt di dt
dia b c
dt
d i
i
ia.sin b.sin 120 c.sin 120
3
2 0
cos 120 cos 120
cos
2 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
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 tải giá trị tơng đối: +) Chọn giá trị so sỏnh c bn:
- Đối với điện áp :
3 n b U U
(41)- Dòng điện :
2
n b I
I
In : dòng điện định mức tải, phải nhỏ dòng điện định mức 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 thu đợc bỏ dấu (*) ngầm định đại lợng viết giá trị tơng đối, nhiên đại lợng đợc viết giá trị thật Để tránh nhầm lẫn với hệ phơng trình máy phát ta ký hiệu đại lợng thật 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
(42)Ch¬ng 3
Mơ hình tốn học động không đồng bộ
3.1 Hệ phơng trình động dị hệ trục quay (d,q)
3 ( ~ ) M
M c M e
r § C K Đ B Hình 3.1
T cấu trúc nguyên lý hoạt động động khơng đồng ta nhật thấy động có phng trỡnh sau
- Phơng trình cân điện áp mạch roto stato
- Phng trỡnh cân từ thông (tơng hỗ) roto stato - Phơng trình cân mơmen trục động c v ti
3.1.1 Hệ phơng trình cân điện áp
a) Phơng trình cân điện áp mạch stato
(43)Hình 3.2
(với r điện trở pha a.)
(3.1)
ViÖc quy íc dt
d
e a
a
xuất phát từ quy định chiều dơng từ thơng móc vịng cuộn stato động khơng đồng
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 pha động - ia, ib, ic : dòng điện chạy pha động - a, b, c : từ thơng móc vòng cuộn dây stato - = rb = rc = r : điện trở pha
áp dụng công thức chuyển đổi từ hệ trục (a,b,c) sang trục (d,q) Tơng tự nh máy phát đồng Chú ý vectơ móc vịng chế độ động quy định chiều dơng vectơ điện áp dòng điện
dt d r i u
dt d e
r i e u
a a
a a
a a
a a a a
(44)ud=r id+
ωb
.dψd
dt − ωs ψq (3.4)
ud=r id+
ωb dψd
dt − ωs ψq (3.5)
Với : s tốc độ quay từ trờng quay stato r tốc độ quay roto (s r)
Phơng trình (3.4) (3.5) phơng trình cân điện áp mạch stato viết hệ trục (d,q) đại lợng viết đại lợng tơng đối, b gía trị thực
b Phơng trình cân điện áp động dị mạch roto
Về cách viết phơng trình cân điện áp mạch roto giống nh phơng trình cân điện áp cuộn ổn định máy phát đồng Nó gồm có thành phần dọc trục ngang trục nhng ý đến thành phần hệ trục (D,Q) gắn liền với tốc độ quay roto góc lệch hệ trục (d,q) 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 ®iƯn ¸p ë hƯ (D,Q) nh sau
dt
d i
rD.Da Da
0
(3.6)
dt
d i
rQ.Qa Qa
0
(45)Do mạch từ động không đồng ngời ta thiết kế đối xứng theo hai trục dọc ngang, nên R, L, φ rD = rQ
Để ghép nối phơng trình cân điện áp mạch rotor với mạch stator ta phải chuyển đổi hai phơng trình sang hệ trục (d, q)
Trên hệ toạ độ (d, q) ir có hai thành phần iD iQ hệ toạ độ (D, Q) ir có iDa , iQa :
Ta có công thức chuyển đổi hệ trục:
sin cos sin cos D Q Qa Q D Da i i i i i i
Tơng tự với từ thông ta có :
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
Biểu thức với , đồng hai vế ta nhận đợc hệ ph-ơng trình: 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
(46)⇒ rD iD+dψD
dt − ψQ S ωS=0
rQ iQ+
dψQ
dt − ψD S ωS=0 ¿{
(3.8)
(3.9)
3.1 Các phơng trình tơng hỗ mạch roto stato.
vit phơng trình tính từ thơng móc vịng động không đồng ngời ta đa động không đồng giả tởng, động giả tởng sẻ có cuộn dây giả tởng trục d q nh sau:
- d cuộn dây stato theo trục dọc - q cuộn dây stato theo trục ngang
- D,Q cuộn dây roto theo trục doc trục ngang
Hình 3.4
Ta có phơng tr×nh
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 cuén d©y
ds
Qs
fs Ds
0
ds d
(47)M: Hệ số hỗ cảm cặp cuộn dây
3 Phơng trình cân mơmen trục động
Me− Mc=J dωr
dt (3.14)
Trong đó: Me mômen điện từ mômen quay
Mc mômen cản tải J mơmen qn tính Ta biết Me đợc tính theo:
Me=3
2(ψd iq− ψq.id) (3.15)
3 ĐƯA Hệ PHƯƠNG TRìNH CủA ĐộNG CƠ KHÔNG ĐồNG Bộ Về GIá TRị TƯƠNG ĐốI
3 2.1 Chọn giá trị so sánh bản.
- Điện áp stato :
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
Công suất định mức động
- Tốc độ :
b n 2.fn
- M«men :
b b b
P M
(48)- Tõ th«ng : b b b b b b b b U L Z U I L
b: Giái trị từ thơng móc vịng stato động khơng tải hoàn
toàn 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 chuyển đổi
+ Các pt (3.4), (3.5) viết giái trị tơng đối + Từ pt (3.8)
* * * Db D D D dt dt dt 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
(49)Trong Q Q D D r r L r L T
số thời gian 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 không đồng 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
(50) d D d Dd L L M M D
: HƯ sè t¬ng quan mạch roto stato theo trục dọc, hệ số chung cho hai trục d 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 Do b b b b b b b b I I U P
M
(51)(3.15) b b d q b b q d e I i I i M * * * * * * . . d q q d
e i i
M
(3.23) Nh ta nhận đợc 10 phơng trình sau viết hệ trục tơng đối ngầm định bỏ dấu (*)
q S d b d d dt d i r
u
(3.24) d S q b q q dt d i r
u
(3.25) Q ST r D D S T i d
dt (3.26)
(ST: VËn tốc từ trờng quay 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 đợc viết chung cho động khơng đồng roto lồng sóc roto dây quấn, nhng cuộn stato đợc nối hình Để chuyển từ roto lồng sóc sang roto dây quấn cần giảm giái trị Tr đợc
(52)- Vế trái phơng trình (3.24) , (3.25) ta nhân lên lần, vế phải giữ nguyên
- Các phơng trình lại giữ nguyên
3.3 TíNH TOáN CáC THÔNG Số CủA ĐộNG CƠ KHÔNG ĐồNG Bộ
+) Ta nhận thấy trở kháng cuộn dây bao gồm hai thành phần: Trở kháng thân cuộn dây trở kháng hỗ cảm cuộn dây
+) Ta cú s đồ tơng đơng động khơng đồng Vì mạch từ động đối xứng nên sơ đồ
tơng đơng theo trục dọc ngang giống Sơ đồ tơng đơng cho hai trục:
1
X
m
X
'
X
'
r r
Hình 3.5
r : Điện trở cuộn stato X1 : Trë kh¸ng cuén stato
Xm : Trë kháng hỗ cảm mạch stato mạch roto
'
X : Trở kháng mạch roto
'
r : Điện trở mạch roto
Nh trở kháng đồng cuộn stato X = X1 + Xm Trở kháng mạch roto Xr =
'
X + X
m Khi số thời gian mạch roto:
' '
2 .r
X r L T
b r r
r
(53)X X X L L M M r m d D d Dd D
Ví dụ: Tính tốn thơng số động không đồng
Một động khơng đồng 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 337 239 17 23 18 ' ' X r X X m 57 50 / 730 r Hz f p v n n n
u cầu tính tốn thơng số viết hệ phơng trình động 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 , , 25 400 , 25 400 91 , 23 , 18 037 , 19 , 17 253 , 239 , 314 037 , 19 037 , 19 , 17 337 , 12 , , 23 , 18 066 , , 57 , 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
(54)S d q q q q S d d d dt d i u dt d i u 314 066 , 314 066 ,
( NÕu f fn th× S 1(t®) )
Q ST D
D i S
dt d 253 ,
( 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 , 91 , 12 , 91 , 12 , 12 , 253 , ; dt d T M M r M c e
TM 1 2s d
q q d
e i i
M
3 Đơn giản hoá hệ phơng trình động khơng đồng bộ
Trong hệ phơng trình động khơng đồng bỏ thành phần khơng ảnh hởng đến tính ổn định động khơng gây sai số lớn
Cơ thĨ:
- Bỏ qua thành phần không tuần hoàn phơng trình cân điện áp
cuộn Stator ( coi dt d dt
dd q
)
Nh phơng trình cân điện áp cuộn Stator lại:
ud=r id cos ψq (3.34)
uq=r iq−cos ψd (3.35)
(55)Chơng 4
MÔ HìNH TOáN HọC CủA Bộ Tự ĐộNG ĐIềU CHỉNH ĐIệN áP
4.1 Nguyên lý làm việc 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 p
K ê n h d ò n g đ i ệ n
B é H C § A
e
u
i
u n
H×nh 4.1
+ Đây tự động điều chỉnh điện áp làm việc theo nguyên lý phức hợp pha điều chỉnh theo độ lệch
Trong đó: Kênh điện áp có chức tạo tín hiệu tỷ lệ với điện áp máy phát Kênh dịng có chức tạo tín hiệu tỷ lệ với dòng điện máy phát Bộ hiệu chỉnh điẹn áp có chức tạo tín hiệu tỷ lệ với độ lệch điện áp máy phát UF điệ áp chuẩn Un
Gäi tÝn hiƯu lµ
) (
TP k U U
e n
ë Un : điện áp chuẩn, T : số thêi gian
k : số khuếch đại hiệu chỉnh điện áp
(56)Tín hiệu cộng qua chỉnh lu thành chiều sau cấp cho cuộn kích t
4.1.2 Nguyên lý làm việc :
- Quay MF động sơ cấp, thời điểm ban đầu tợng từ d
trong MFĐB làm xuất điện áp d cuộn Stator cđa m¸y E0 = ( )% U®m
Điện áp d qua kênh điện áp, cầu chỉnh lu làm xuất điện áp kích từ ban đầu cho cuộn kích từ Khi dịng kích từ xuất làm tăng giá trị điện áp cuộn stator máy phát Điện áp máy phát bị qua kênh điện áp cầu chỉnh lu bị cấp thêm cho cuộn kích từ Cứ nh đến điện áp máy phát điện áp định mức Khi điện áp máy phát đạt giá trị định mức hiệu chỉnh điện áp có tác dụng làm ổn định điện áp máy phát giá trị định mức Cụ thể điện áp máy phát mà nhỏ điện áp định mức tín hiệu áp đa đến hiệu chỉnh điện áp nhỏ giá trị điện áp
chuẩn Un Khi E tăng lên làm cho dịng kích từ tăng lên làm cho
điện áp máy phát tăng lên đạt giá trị điện áp chuẩn mà ta đặt ban đầu Ng-ợc lại 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 chúng tự ngắt hay ta tiến hành ngắt tay Q trình đóng ngắt tải nh làm cho điện áp máy phát dao động Để làm ổn định giá trị điện áp cho máy phát hiệu chỉnh điện áp kênh dịng làm việc
4.1.3 Mơ hình tốn học tự động điều chỉnh điện áp
- Căn vào nguyên lý hoạt động sơ đồ nguyên lý 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 dòng
Để liên kết với mơ hình tốn học máy phát đồng giá trị tơng đối, ngời ta phải đa phơng trình tự động điều chỉnh điện áp giá trị tơng đối
Mặt khác, MF ổn định giá trị định mức E0 vậy: *
* * *
* K .u K .i
uf u i
(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 để có đồng hai phơng trình (4.1) (4.2) viết phơng trình tự động điều chỉnh điện áp giá trị tơng đối, ngời ta phải thiết kế tự động điều chỉnh điện áp cho giá trị điện áp kích từ đơn vị tơng đối
uf=uq+Xd.id+Δe (4.4)
Δe=(un−u). K
TP+1
Ngoài tợng bÃo hoà từ mà điện áp kích từ tăng mÃi
c n lúc bị bão hồ, tức ta có U f U fma
Theo quan ®iĨm kỹ thuật, không nên tạo lợng dự trữ lớn cho dòng kích từ, nên thiết kế hiệu chỉnh điện áp ngời ta không cho lợng E lớn bé
E eEmax
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)
(58)T 0 ,1 0,2 (S)
1 , max
5 , 4 max
n f
u E U
Ch¬ng
øNG DơNG SIMULINK TRONG MATLAB XÂY DựNG MÔ HìNH CáC Hệ THốNG NĂNG LƯợNG Và
TRUYềN ĐộNG ĐIệN TàU THUỷ
5.1 KH ÁI QUÁT CHUNG V Ề PHẦN MỀM
(59)5.1.1 KHÁI NIỆM VÀ CHỨC NĂNG
MATLAB ( Matrix Laboratory ) phần mềm ứng dụng chạy trong môi trường Windows ,dùng để mô hệ thống điều khiển dạng hệ phương trình trạng thái sơ đồ cấu trúc, thực phép tốn xử lý ma trận, xử lý tín hiệu như xử lý đồ hoạ.
Simulink thư viện trợ giúp Matlab dùng để mơ hình hố, mơ phân tích hệ thống Đặc điểm của Simulink lập trình dạng sơ đồ cấu trúc hệ thống Nghĩa , để mô hệ thống mô tả 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 dạng các khối khác theo cấu trúc cần khảo sát Với cách lập trình người nghiên cứu hệ thống thấy trực quan dễ hiểu hơn.
5.1.2 CÁC KHỐI TRONG THƯ VIỆN SIMULINK 5.1.2.1 Thư viện khối Sources ( Khối phát tín hiệu ):
Th vi n n y g m 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 kh i nh b ng dư ệ ố ư ả ướ đi ây:
Tên khối Chức năng
Band-Limited White Noise
(60)Constant Tạo đại lượng khơng đổi, tín hiệu đầu vào không 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 liệu vùng nhớ đệm From file Đọc liệu từ file
Pule Generator Tạo xung với chu kỳ khác nhau
Ramp Phát tín hiệu đường y= ax +b
Random Number Tạo số ngẫu nhiên phân bố chuẩn Repeating Sequence Tạo tín hiệu tuỳ ý lặp lại theo chu kỳ Signal Generator Tạo 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 số ngẫu nhiên phân bố đều
5.1.2.2 Thư viện khối Sinks.
ây g m 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 đầu m t kh i h th ng ộ ố ệ ố được kh o sát.ả Trong th vi n Sinks có kh i sau:ư ệ ố
Tên khối Chức năng
(61)Scope Khối quan sát
Stop simulation Ngừng trình mô lượng vào khác không
To File Ghi liệu vào File
To Workspace Ghi liệu vào vùng làm việc
XY graph Hiển thị đồ thị XY tín hiệu cử sổ đồ thị MATLAB
5.1.2.3 Thư viện khối Discrete ( tín hiệu rời rạc hay tín hiệu số Z ).
Th vi n n y có kh i c b n c a h th ng r i r c, cácư ệ à ố ả ủ ệ ố ờ ạ kh i tính tốn mi n th i gian r i r c C th bao g m cácố ề ờ ờ ạ ụ ể ồ kh i nh b ng sau:ố ư ả
Tên khối Chức năng
Discrete Transfer Ecn Biểu diễn hàm truyền hệ rời rạc Discrete Zero- pole Biểu diễn hàm truyền hệ rời rạc
thông qua Pole Zero
Discrete -Filter Biểu diễn lọc HR FIR
Discrete State- Space Biểu diễn hệ thống không gian trạng thái rời rạc
(62)Integrator theo thời gian
Fist Order Hold Khâu tạo dạng bậc nhất
Unit Display Hiển thị tín hiệu chu kỳ rời rạc
Zero order Hold Khâu tạo dạng bậc thang không
5.1.2.4 Thư viện khối Continuous.
Trong thư viện có khối hệ thống liên tục tuyến tính, khối biểu diễn hàm tuyến tính chuẩn Thư viện gồm các khối sau:
Tên khối Chức năng
Derivative Tính vi phân theo thời gian lượng vào ( d/dt)
Integrator Tích phân tín hiệu Memory Bộ nhớ ghi lại liệu
State- Space Biểu diễn hệ thống khơng gian trạng thái tuyến tính
Transfer Fcn Hàm truyền đạt tuyến tính các khâu 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
(63)5.1.2.5 Thư viện khối Nonlinear ( khâu phi tuyến ).
Thư viện Nonlinear có khối biểu diễn hàm phi tuyến điển hình khối hệ thống phi tuyến Cụ thể bao gồm các khối sau:
Dead Zone Mô tả vùng khơng nhạy (vùng chết). Quantizer Lượng tử hố tìn hiệu vào các
khoảng xác định.
Rate Limiter Hạn chế phạm vi thay đổi tín hiệu Relay Khâu rơle.
Saturation Khâu bão hồ tín hiệu (khâu hạn chế). Switch Chuyển mạch hai lượng vào.
5.1.2.6 Thư viên khối Signal & System :
Thư viện Signal & System có khối biểu diễn tín hiệu và hệ thống Cụ thể bao gồm khối sau :
Tên khối Chức năng
Sub&Systems Xây dựng hệ thống bên hệ thống lớn
In1 Tạo cổng vào cho hệ thống
Demux (phân kênh) Tách tín hiệu véctơ thành tín hiệu vơ hướng
(64)Out1 Tạo cổng cho hệ thống
5.1.2.7 Thư viện chứa khối toán học Math:
Th vi n Math có kh i bi u di n h m toán h c C thư ệ ố ể ễ à ọ ụ ể bao g m kh i nh sau:ồ ố ư
Tên khối Chức năng
Abs Biểu diễn giá trị tuyệt đối lượng vào
Combuanatoril logic Biểu diễn bảng chân lý.
Product Thực nhân lượng vào Gain Bộ (khâu) khuyếch đại
Matrix gain BKĐ có hệ số khuyếch đại Ma trận
Math function Các hàm tốn học MinMax Tìn giá trị min, max Relational Toán tử quan hệ
Sum Tính tổng lượng vào Trigonometric Function Hàm lượng giác
Ngồi cịn thư viện :
+ Thư viện chứa khối Function & Tables + Thư viện khối mở rộng Simulink
(65)(Tin häc øng dông)
5.3 Mơ q trình tự kích máy phát đồng bộ
5.3.1 Hệ phơng trình máy phát đồng tự động điều chỉnh điện áp q trình tự kích
- Trong qu¸ trình tự kích, máy phát làm việc không tải nên dòng điện
mỏy phỏt cú th coi bng 0, giả thiết tốc độ động lai nS.cấp = const giá trị định mức
Nh vËy ta có hệ phơng trình sau:
ud= Xq.iq=0 (5.1)
u=ω.(if− Xd.id)=if− Xd id=if (5.2)
uf=if+Tf
dψf
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 ) (
(5.10)
f f q i
u
u
(66)Hình 5.1
Hình 5.2
Quá trình tự kích xuất phát từ gía trị điện áp d, nh giá trị điện áp ban đầu 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 0,05 5.3.3 Thực nghiệm mô hình :
- Kho sỏt thi gian t kích máy phát đồng
Tf,T lớn ttk lớn ngợc lại.
(67)- Khảo sát độ chỉnh:
% 100 max
Udm Udm
U
HÖ sè k lớn lớn ngợc lại
5.4 Mơ q trình đóng tải đối xứng R - L vào máy phát đồng bộ.
5.4.1 Hệ phơng trình hệ thống
+ 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 máy phát đồng
+ Hệ phơng trình 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)
EmaxeEmax (5.19)
+ Hệ phơng trình tải R-L
ud=rn.id Xn iq+Xn
ωT did
dt
(5.20)
uq=rn iq− Xn id+Xn
ωT
.diq
dt (5.21)
(68)- Đối với điện áp dòng điện máy phát đồng
2 nMF bMF
nMF bMF
I I
U U
- Víi t¶i:
2 nT bT
nT bT
I I
U U
Điện áp địng mức tải máy phát phải nhau, dòng định mức tải phải nhỏ dòng định mức máy phát
Nh ta nhận đợc:
UbMF UbT UMF* UT*
IbMF IbT iMF* iT* iMF* k.iT*
nMF
nT nMF
nT
P P I
I
k
k: hệ số công suất tải máy phát ( k < ) 5.4.2 Xây dựng mô hình:
- Để xây dựng mô hình hệ thống phức tạp ngời ta thờng chia mô
(69)H×nh 5.3
+ Mơ hình máy phát đồng bộ: - Đầu vào : id, iq, uf
- Đầu : ud , uq, u
+ Mơ hình tự động điều chỉnh điện áp: - Đầu vào : uq, id, u
- Đầu : uf + Tải R-L:
- Đầu vào : ud, uq
- Đầu : id, iq, i
Khi ghép nối lại ý đến Kp, Kp1 hệ số đồng
p p K
K K
(70)H×nh 5.4
Ta thÊy :
- Coi tốc độ động sơ cấp lai máy phát không đổi giá trị
định mức 1
- Q trình địng tải thực xong q trình tự kích, nh điện
áp máy phát đạt định mức u = dòng điện i =
Từ phơng trình ta nhận đợc:
0
u i
u u
f f f q d
Do mơ hình máy phát đồng cần đặt điều kiện ban đầu cho khối tích phân tính f
b) Mơ hình tự động điều chỉnh điện áp Các thông số:
10 25
1 , max
5 , 4 max
K E uf
2 , ,
r
(71)Hình 5.5
c) Mô hình tải R-L
Hình 5.6
Đối với tải:
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 Không cần điều kiện đầu cho khối tích phân mơ hình tải 5.4.3 Đặc tính kiểm tra đắn:
(72)H×nh 5.7
b) Thùc nghiƯm:
- Đối với dịng tải hệ thống đóng tải xong ổn định tất các
thành phần đạo hàm Do vậy:
q n q n d
q n d n d
i X i r u
i X i r u
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 mà dòng điện tải hệ thống ổn định là:
n
od
Z i
- Lợng sụt áp u
Do thành phần điện áp máy phát giá trị uq chiếm đa số, từ ph-ơng trình uq ta nhận thấy lợng sụt áp u đóng tải phụ thuộc vào
d d i
X
) (
d d f q
q q d
i X i u
i X u
(73)- Khi lợng sụt áp nhiều tự động điều chỉnh điện áp phải tăng điện áp kích từ để bù vào lợng điện áp bị
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
tăng - Bộ tự động điều chỉnh điện áp:
Giả sử mà tự động điều chỉnh điện áp hỏng k = Khi xem đặc tính điện áp máy phát thay đổi
5.5 Mô động không động 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 ta nhận đợc trình làm việc nh khởi động u,f const định mức
ut® = , f fn 50Hz ST 314(rad/s) S1
r S
r S
S
(74)Ngoµi ë hƯ trơc d,q cã
2
u u
ud q
ud, uq lới cứng thành phần không đổi trình làm việc động cơ, nên giả thiết ud 1, uq 0
Hệ phơng trình động khơng đồng (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 ) ( (5.24) D r Q D ST Q Q Tr i S Tr i dt d 314 ) ( (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
Ta có 10 phơng trình (5.22) (5.31) có 10 ẩn id , iq, d, q,
D
i
, iQ, D, Q, r, Me
Tõ (5.22) q ud r.id (5.32)
(75)(5.24) Tr S
i
Q r
D D
1 314 )
(
(5.34)
(5.25) Tr S
i
D r
Q Q
1 314 )
(
(5.35)
(5.26) X
i id (d D)
(5.36)
(5.27) X
i iq (q Q)
(5.37)
(5.28) iDD .X.id (5.38)
(5.29) iQ Q .X.iq (5.39)
(5.30) T S
M M
M c e r
1 )
(
(5.40)
(5.31) Me d.iq q.id (5.41)
(76)H×nh 5.9
5.5.3 Thơng số đặc tính: a) Thơng số :
+ Lo¹i : 4A160 M80 M2
Pn = 11 KW, Un = 400 V, In = 25.6 A, cosn = 0.75, nn = 730 Vòng/phút
r = 0.066 (tđ), X = 2.12 (t®), = 0.91 (t®), Tr = 0.253 (s) + Lo¹i : S2Je -54A
Pn = 10 KW, In = 20.5 A, Un = 400 V, cosn = 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 Me = f(t)
(77)Hình 5.10: Đặc tính động điện khơng đồng b
5.5.4 Thực nghiệm mô hình: Thực nghiệm với tải:
- MC tăng iS tăng, iSôđ tôđ tăng ngợc lại §iƯn trë Roto:
- Khi Rr tăng Tr giảm, rth giảm cịn MKĐ tăng, Mth khơng đổi ngợc lại
(78)H×nh 5.11
U tăng K lần MKĐ Mth tăng lên K2 lần, rth const Trong thực tế ngời ta thay đổi điện áp nguồn cấp cho động để thay đổi tốc độ động Việc thay đổi điện áp nguồn đợc thực thông qua biến đổi điện áp, dùng van bán dẫn có điều khiển
TÇn sè :
(79)H×nh 5.12
5.6 Mô động không đồng lấy nguồn từ máy phát đồng bộ
5.6.1 C¬ së lý thuyÕt
M F § B § C K § B
M § C S C
§ C § A
k t i
u
f
u
H×nh 5.13
+) Giả thiết tốc độ động sơ cấp không đổi đinh mức =>S 1
+) Mơ hình hệ thống phân thành mơ hình gồm mơ hình máy phát đồng bộ, mơ hình tự động điều chỉnh đện áp mơ hình động không đồng Khi ghép thành mô hình lớn ta phải đồng dịng điện điện áp máy phát với động Ta nhận thấy điện áp máy phát cấp cho động Un, dịng điện phải đa vào hệ số cơng suất Trong 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
(80)H×nh 5.15
5.7 Mơ tổng hợp q trình tự kích động và ngắt tải cho máy phát đồng bộ
5.7.1 Ph©n tÝch mô hình mô
- Trong q trình tự kích đóng ngắt tải cấu trúc cuả mơ hình mơ
phỏng hệ thống không thay đổi mà thay đổi giá trị tng tr ca ti ZN
trong trình tự kích ngắt tải ZN vô lớn trình
úng ti thỡ ZN mt q trình xác định Nh cấu trúc mơ hình mơ
tổng hợp q trình tự kích đóng ngắt tải máy phát đồng tơng tự nh mơ hình mơ q trình đóng tải Mơ hình khác chỗ giá trị Rn,Xn giá trị cố định mà giá trị thay đổi theo khoảng thời gian Do cần phải xây dựng thêm mơ hình bên mơ hình tải có nhiệm vụ xác định giá trị Rn,Xn theo khoảng thời gian
5.7.2 X©y dựng mô hình
+) Mụ hỡnh ln: Ging nh q trình đóng tải đối xứng
+) Mơ hình con: Mơ hình máy phát đồng tự động điều chỉnh điện áp đợc giữ nguyên, mô hình máy phát đồng cần thay đổi giá trị ban đầu cho ỉf khối tích phân theo giá trị điện áp d
+) M« hình tải R-L
ud=Rn.id+ Xn
ST did
dt − Xn.iq
(5.43)
uq=Rn iq+ Xn
ωST
.diq
dt − Xn id
(81)id=(ud− Rn id+Xn iq).ωST
Xn
.1
S (5.45)
iq=(uq− Rn.iq+Xn id).ωST
Xn
S (5.46)
H×nh 5.16
(82)H×nh 5.17
- Để chơng trình chạy tồn q trình cần mơ cần phải thay đổi thơng số stoptime mục parametler công cụ sổ xây dựng mơ hình để lựa chọn thời gian dừng cho phù hợp
H×nh 5.18
(83)MÔ HìNH TOáN HọC CủA Bộ ĐIềU TốC CHO §éNG Cí CÊP CđA M¸Y PH¸T §åNG Bé
6.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động điều tốc trc tip
6.1.1 Cấu tạo
Đ C S C M F § B
P N h i ª n l i Ư u
G
M L
B E
S M
SM
D K
H×nh 6.1
Trong đó:
ĐCSC: động sơ cấp MFĐB: máy phát đồng G : Cơ cấu ly tâm M : Khớp nối L : Lò xo B : Trục vít E : Ecu
SM : Động servo D : Bộ giảm chấn K : Kim điều chØnh
(84)+) trạng thái ban đầu (ứng với tốc độ đặt đó) chuyển động quay động sơ cấp đợc biến đổi thành chuyển động thẳng nhờ cấu ly tâm G lực lò xo L giữ khớp nối M nằm vị trí mà phận điều chỉnh nhiên liệu phải đảm bảo cấp lợng nhiên liệu định cho động sơ cấp tốc độ động ổn định
+) Nếu lý mà tốc độ động sơ cấp tăng cấu ly tâm kéo khớp nối M di chuyển lên qua cần tác động lên phận điều chỉnh nhiên liêu P làm cho lợng nhiên liệu cấp cho động sơ cấp dẫn đến tốc độ động giảm xuống trở trạng thái ban đầu
+) Tơng tự tốc độ động sơ cấp giảm
+) Tín hiệu đặt trớc cho vận tốc quay động sơ cấp đợc điều chỉnh cách thay đổi vị trí điểm tựa lị xo L Khi vị trí điểm tựa thay đổi làm thay đổi lực lò xo L dẫn tới thay đổi vị trí cân khớp nối M làm thay đổi lợng nhiên liệu cấp cho động sơ cấp Khi động sơ cấp quay tốc độ khác Để điều khiển từ xa giá trị tín hiệu cho trớc ngời ta sử dụng động Servơ SM Động SM đảo chiều để điều kiện theo chiều tăng hay giảm nhiên liệu Động SM tác động lên Ecu E di chuyển trục vít B làm thay đổi vị trí điểm tựa lị xo L
+) Ngồi ngời ta sử dụng giảm chấn D làm khâu hiệu chỉnh Trong xi lanh giảm chấn có chứa dầu khớp nối M dịch chuyển, cần kéo theo pittông giảm chấn Dầu chảy từ khoang sang khoang khác xi lanh làm chậm lại hiệu chỉnh Hiệu suất D hiệu chỉnh vít K *) Sơ đồ khối khâu điều tốc:
B é h i Ö u c h Ø n h P T t h ù c h i Ö n
Đ o ( C c ấ u l y t © m ) +
-n
S
H×nh 6.2
6.2 Hệ phơng trình động sơ cấp điều tốc tác động trực tiếp
6.2.1 Phơng trình động sơ cấp:
+) Phơng trình động sơ cấp đợc đa từ phơng trình cân mômen trục động với máy phát đồng
e D
S M M
dt d
J
(6.1)
MD : Mô men động sơ cấp (phụ thuộc vào lợng nhiên liệu đợc cấp)
Me : Mơ men điện từ máy phát đồng bộ, đóng vai trị mơ men cản
t¶i
(85)+) Phơng trình cân mơ men viết hệ tơng đối viết theo độ lệch tơng đối vận tốc quay động sơ cấp so với giá trị định mức ta có phơng trình :
j P e
M dt
d
T .
(6.2)
n n S
: Độ lệch tơng đối vận tốc quay so với giá trị điịnh mức
P
: Độ lệch tơng đối phận điều chỉnh nhiên liệu P so với giá trị định
møc cña nã
: HƯ sè tù c©n b»ng
Me : Mơ men điện từ máy phát giá trị tơng đối
Tj : H»ng sè thêi gian c¬ khÝ: n
n j
M J T
n
: Tốc độ quay định mức
Mn : Mô men quay định mức
6.2.2 Phơng trình bị điều tốc
+) a phơng trình ta cần đa phơng trình chuyển động khớp nối M cấu ly tâm dới tác động tổng hợp lực quán tính, lực lò xo, lực ly tâm lực giảm chấn lực ma sát nhớt
Ta viết phơng trình theo độ lệch tơng đối so với trạng thái định mức chuyển động điểm M đợc biểu diễn qua phơng trình sau:
n i
K dt
d T dt
d
Tr
( )
2
2
(6.3)
dt d
Ti.
(6.4)
: Sự dịch chuyển khớp nối M so với trạng thái định mức.
: Sự dịch chuyển pit tông giảm chấn so với trạng thái định mức. : Độ lệch tơng đối vận tốc quay.
n
(86)Tr : Hằng số thời gian quán tính tất phần tử chuyển động điều tốc
Tk : H»ng sè thêi gian cđa ma s¸t nhít
: Độ khơng đòng điều tốc.
i
: Độ không đồng tam thời Ti : Hằng số thời gian giảm chấn
6.3 Bộ điều tốc tác động gián tiếp phơng trình của nó
6.3.1 Bộ điều tốc gián tiếp
- cấu t¹o:
P H
V P V
D Ç u
C V P C
X C
H×nh 6.3
XC : xi lanh chÝnh PC : pit tông PH : cần phản hồi V : van trợt
PV : pit tông van trỵt CV : cưa van trỵt
+) Hiện tàu thuỷ nói riêng điều tốc nói chung ngời ta chủ yếu dùng điều tốc tác động gián tiếp Tức dịch chuyển khớp nối cấu ly tâm không tác động lên phận điều chỉnh nhiên liệu mà qua khâu trung gian dùng cấu thuỷ lực trạng thái ổn định pit tơng van tr ợt ln đóng cửa van Nếu khớp nối cấu ly tâm thay đổi vị trí cửa van mở dầu dới áp cao chảy vào xi lanh làm dịch chuyển pit tơng xi lanh làm thay đổi vị trí điều kiển nhiên liệu cho động sơ cấp làm thay đổi tốc độ cho có xu hớng trở li tc t
6.3.2 phơng trình
+) Phơng trình thuỷ lực viết:
)
(TKDp P K (6.5)
(87)K: Hệ số khuyếch đại khuyếch đại thuỷ lực
1
p T
K
KD P
Sù dÞch chun
6.3 Đơn giản hố hệ phơng trình động sơ cấp và bộ điều tốc
Khi đánh giá mối quan hệ số thời gian hệ số khuyếch
đại điều tốc ngời ta tìm cách triệt tiêu thơng số μ ξ Coi
tất khâu phản hồi khâu quán tính bậc nh 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 điều tốc Kp : Hệ số khuyếch đại toàn điều tốc n : Đặc trng cho tín hiệu đặt cho điều tốc
6.4 Bé ®iỊu tốc liên hợp
6.4.1 Cấu tạo
- Đối với điều tóc nghiên cứu tín hiệu điều chỉnh tốc độ đ ợc tạo nên nhờ độ lệch vân tốc quay so với giá trị định mức Nguyên lý nh khôngt cho phép đạt đợc tác động nhanh hệ thống Bộ điều tốc hoạt động xác hiệu ta áp dụng nguyên lý liên hợp, có nghĩa tín hiệu tác động lên phận điều chỉnh nhiên liệu đợc tạo thành từ độ lệch vận tốc quay mà đợc tạo thành từ nguyên nhân gây độ lệch tức giá trị tải máy phát đồng
- H×nh vÏ:
§ C S C M F § B
C T B § L
N § K §
P
T ¶ i
+ +
Hình 6.4
CT : Cảm biến c«ng suÊt
BĐL : Bộ phận điều tốc làm việc theo nguyên lý độ lệch NĐ : Nam chân điện từ; KĐ : Khuyếch đại
(88)Tín hiệu từ khâu cảm biến cơng suất đa qua khâu khuyếch đại đa đến man châm điện NĐ phần ứng nam châm điện từ tức phận chuyển động đợc kết hợp khí với phần động khâu điều chỉnh theo đọ lệch Tổng hợp tín hiệu tạo dịch chuyển tổng hợp cho phận điều chỉnh nhiên liệu ca ng c s cp
6.4.2 Hệ phơng trình
Tj.dϕ
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)
1
P
: Đặc trng cho độ dịch chuyển phận điều chỉnh nhiên liệu dới tác
động của điều chỉnh theo độ lệch
P
: Đặc trng cho độ dịch chuyển phận nđiều chỉnh nhiên liệu dới tác
động điều chỉnh theo tải
Te : H»ng sè thêi gian cña nam châm điện từ
K : H s khuych đại toàn khâu tác động theo tải 6.4.3 Các thông số điều tốc
Tj = 1,5- (s) :§èi víi diesel Ti = – 14(s) : §èi víi Tuabin Te = 0,01 – 0,02 s
P
K
:sai lƯch ®iỊu chØnh NÕu =0,03 => kp = 33 => k
6.5 Đặc tính điều tốc liên hợp
S f(Me): Khi hệ thống ổn định Tức tất đạo hàm
của hệ phơng trình điều tốc (6.8) P Me
(6.9) P1 KP.n (6.10) P2 K.Me
(89) P
n
P K
Me K
K
( 1)
(6.12) Đặc tính ngồi chùm đờng thẳng:
H×nh 6.5
Đặc tính ngồi mong muốn đặc tính mà tốc độ quay động sơ cấp không đổi không phụ thuộc vào giá trị tải Để thoả mãn điều kiện K =
Muốn triệt tiêu độ sai lệch tĩnh S n trạng thái ổn định
0, n 0
Đối với hệ số n 0, K 1 ta thu đợc đặc tính ngoi ti u.
6.6 Xây dựng mô hình hệ thống cho Động sơ cấp
(90)H×nh 6.6
Các mơ hình máy phát đồng , động không đồng tự động điều chỉnh điện áp giống nh ta xây dựng trớc Riêng mơ hình máy phát đồng động không đồng cần phải thay đổi phơng trình cân điện áp stato dẫn đến cấu trúc 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)
(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 không đồng bộ:
ud=r id− ω.ψq→ ψq=r id−ud
ω (6.24)
uq=r iq−ω dd=ud r id
(6.25)
Độ trợt S = - r
+) Mơ hình động sơ cấp điều tốc:
H×nh 6.7
Đồ thị thu đợc: Hình vẽ:
+) Thực nghiệm mô hình :
- Đối với khâu điều chỉnh theo tải
- Bộ điều tèc thêng k =
- Bé ®iỊu tèc liên hợp k =
(92)Chơng 7
Mô thiết bị biến đổi công suất 7.1 Mô mạch chỉnh lu nửu chu kỳ.
1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động: + Sơ đồ: Tải R - L
u ~
A T K
G
R d
L d i d U d
H×nh7.1
+ Nguyên lý hoạt động:
- Khi Tiristor th«ng sÏ có dòng id chạy qua tải
- Khi Tiristor khoá dòng qua tải
- Để Tiristor dÉn th×: + UAK >
+ Có dòng điều khiển qua cực G
- Khi Tiristor mở mà muốn khố ta phải tạo dòng qua T phải nhỏ
(93)B ắ t đ ầ u
N h Ë p , R d , L du
u
UA K >
>
T =
T =
it > hi
H×nh 7.2
+ Giản đồ thời gian:
H×nh 7.3
2 Xây dựng sơ đồ tơng đơng:
(94)RT L T i d
R d
L d U d
u
H×nh 7.4
+ áp dụng định luật Kishop 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) Thuật toán điều khiển:
điều khiển đóng mở T cực điều khiển đợc liên kết với mạch phát xung Sơ đồ chức tổng quát mạch phát xung nh sau:
u ® k
S l o g i c K § g
t u
u
H×nh 7.5
+ Nguyên lý hoạt động:
Mạch phát xung có loại điện áp: điện áp điều khiển chiều Uđk có giá trị thay đổi đợc điện áp tựa lặp li in ỏp ngun
Điện áp tựa có dạng sau: điện áp dạng c a, dạng cosin nghịch tam giác
a) Dạng Cosin:
(95)Hình 7.6
b) Dạng c a:
Dạng hay sử dụng thực tế, có chu kỳ nửa chu kỳ điện áp nguồn Mạch so sánh so sánh hai tín hiệu điện áp điều khiển uđk điện áp tựa ut Tại thời điểm hai điện áp mạch so sánh cho tín hiệu qua mạch logic, mạch điều khiển tạo thành tín hiệu tác động lên cực điều khiển G Tiristor
H×nh 7.7
- Từ nguyên lý hoạt động mạch phát xung ta có tốn logic để tính
tỉng trë c¸c van T nh sau:
+ Nếu u > uđk ut id > thì:
min
L L
R R
T T
+ NÕu điều kiện không xảy thì:
max max
L L
R R
(96)4 Xây dựng mô hình mô phỏng:
Xuất phát từ thuật tốn nêu ta xây dựng mơ hình hai mơ hình con:
+ Mơ hình chỉnh lu: Dùng để giả phơng trình vi phân
+ Mơ hình điều khiển: Giải tốn logic dùng để đóng mở T Đầu vào đầu nh sau:
Hình 7.8
a) Xây dựng mô hình điều khiển:
Hình 7.9
b) Xây dựng mô h×nh chØnh 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
(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
Biên độ ut < uđk <
10000( )
) ( 0001 ,
) ( 10000
) ( 0001 ,
) ( , ,
) (
max max
H L
H L
R R
H Ld
Rd
+ Ta thay đổi góc mở hay tải xem kết + Đặc tớnh:
7.2: Mô cầu chỉnh lu pha dïng Thiristor
(98)L d R d T T
T T
u ~ B é p h ¸ t x u n g
H×nh 7.11
+ Nguyên lí hoạt động:
Giả sử điện áp nguồn t vo cú dng: uUm.Sint (V)
Tại thời điểm t ta phát xung (0 1800) Điều kiện më T1 vµ T3 :
Ing T1 t¶i T 3 nguån.
- ë nưa chu kú tiÕp theo: (nưa chu kú ©m) ta phát xung điều khiển mở
T2 T4:
Ing T2 t¶i T 4 nguån. t
Víi c¸c gãc më kh¸c ta nhËn thÊy có khả xảy trờng hợp sau:
a Chế độ dòng điện liên tục:
(99)H×nh 7.12
b Chế độ dịng điện gián đoạn:
Trong trờng hợp góc mở tơng đối lớn ta điều khiển T2 T4 mở lúc dịng qua T1 T3 trở (T1 T3 khoá), lúc dịng điện tải có đọn
Hình 7.13
c Hiện t ợng trùng dẫn:
Trong số trờng hợp điện áp nguồn đợc lấy sau biến áp, lúc thành phần điện cảm phía xoay chiều tơng đối lớn Ta biết điện cảm khơng cho phép dịng điện biến thiên đột ngột, nên T2 T4 mở dịng i1 không giảm đột ngột từ id 0, nh dịng i2 khơng tăng đột ngột từ đến id
Nh tồn khoảng thời gian mà bốn Thiristor
dÉn ®iƯn HiƯn tỵng trïng dÉn
(100)H×nh 7.14
2 Xây dựng mạch tơng đơng:
R d
L d
1
i i2
4
i i3
u ~ A B T R T R T R T R T
L LT2
4 T
L LT3
d
i
Hình 7.15
Ta coi Thiristor van lý tởng, có nghĩa chúng có hai trạng thái mở khoá Khi mở tổng trở nhỏ, khoá tổng trở lín
ở sơ đồ tơng đơng Thiristor đợc thay điện trở điện cảm
Xây dựng phơng trình:
+ Vßng 1: dt
di L R i dt di L R i
u T T T T
2 2 1
1
(7.5)
+ Vßng 2: dt
di L R i dt di L R i
u T T T T
4 4 3
3
(7.6)
+ Vßng 3:
0 3 3 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 T3 mở đồng thời nên dòng điện nh tổng trở hồn tồn giống thời im
Tơng tự T2 T4
Vậy ta có: Trong phơng trình từ (7.5) đến (7.9) ta bỏ (7.5)
(101)4 Thuật toán điều khiển:
Việc mở Thiristor ta cần có uđk đa vào cực điều khiển Để làm đ-ợc điều ngời ta đa vào so sánh hai điện áp
+ uđk : điện áp chiều có giá trị thay đổi + Điện áp đồng với điện áp nguồn
H×nh 7.16
+ ë chu kú d¬ng cđa ung : (ung > 0)
Tại thời điểm ut = uđk van T1, T3 sÏ më víi gãc më + ë chu kú ©m cđa ung : (ung < 0)
Tại thời điểm ut = uđk c¸c van T2, T4 sÏ më víi gãc më
Ta có tốn logic để giải tốn tính tổng trở van nh sau:
* Nếu u uđk ut van T1 T3 mở i1 Lóc nµy: RT1 = RT3 = RTmin
LT1 = LT3 = LTmin
Nếu không thoả mÃn điều kiện thì: RT1 = RT3 = RTmax LT1 = LT3 = LTmax * NÕu u < uđk ut T2 T4 më tíi i2
(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 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
2 2 1 1
2
(103)+ Tõ pt(7.8): id i1i2 (7.12)
+ Tõ pt(7.9): dt
di L i R
u d
d d d
d
(7.13)
H×nh 7.19
6 Thực nghiệm mô hình: a Thông số:
Chän f 50Hz uUm.Sin(314t)
f 50Hz T 0.02s
s T
Tut 0.01
Biên độ ut < uđk <
) ( 2
d
R
Ld 0,10,5(H) )
( 10
min
R 104( )
max
R
) ( 10
min H
L
Lmax 104(H)
(104)Bài 7.3 : Mô hình cầu chỉnh lu pha dùng Tiristor.
1, Nguyên lý làm việc
Hình7.20 : Cầu chỉnh lu pha dùng Tiristor
Bất kỳ thời điển có hai van mở Do có điều khiển phat xung mà Tiristor dẫn khoảng 1200 Nhng 600 đầu dẫn với Tiristor 600 sau dẫn với Tiristor khác.Điêu khiển mở từngTiristor nh sau : Tiristor nằm pha mở điện áp pha dơng ( Anơt ) U pha nối với K, đồng thời có xung điều khiển tác động vào cực điều khiển Tiristor mở đóng dịng qua nhỏ dịng IG = Nh điện áp tựa Ut dạng lặp lại điện áp Ud, Uab, Uba, Uac,Uca,Ucb, Ubc
H×nh 7.21
2, Xây dựng sơ đồ mạch tơng đơng :
(105)H×nh 7.22
áp dụng hai định luật kihoff để đa hệ phơng trình vi phân ca mch nh sau
Mạch vòng : uab=R1 i1+L1.di1
dt − R3.i3− L3
di
dt (7.14)
Mạch vòng : uab=− R4i4− L4.di4
dt +R6 i6+L6
di6
dt (7.15)
Mạch vòng : ubc=R3i3+L3.di3
dt − R5 i5− L5
di5
dt (7.16)
Mạch vòng : ubc= R6i6 L6.di6
dt +R2 i2+L2
di2
dt (7.17)
Mạch vòng : 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=ua−ub (7.21)
uac=ua−uc (7.22)
ubc=ub−uc (7.23)
ua=um sin ω t
ub=um sin(ω.t −2 π
(106)uc=um sin(ω t +2 π
3 ) (7.26)
3, Xây dựng thuật toán điều khiển :
Để mở Tiristor mạch phát xung phải cung cấp cho mạch chỉnh lu xung mở khác Mỗi xung mở dùng chung cho hai Tiristor pha Xung mở thu đợc cở sở so sánh điện áp điều khiển Uđk với điện áp tựa Ut mạch phát xung Nh máy phát điện áp tựa phải cung cấp điện áp tựa khác đồng với điện áp pha nguồn có chu kỳ T nửa chu kỳ điện áp nguồn lệch 600.
H×nh 7.23
Đối với cầu chỉnh lu pha 300 <
gh < 1500 nên giá trị điện áp điều khiển thay đổi nh sau :
6 Ut≤Udk≤
5 6 Ut
T1 më : Uab
0 vµ
Uac
0 vµ Udk≥Ut 1
i1 Vµ ta cã 0 Udk Utm
Thuật toán điều khiển : + §èi víi T1 :
NÕu Ua
0 UdkUt 1 R1 = Rmin L1 = Lmin
i1 Nếu không T khoá R1 = Rmax ; L1 = Lmax
(107)NÕu
¿ ¿Uc
¿
vµ Udk≥Ut 3 th× R2 = Rmin L2 = Lmin
i2
Nếu không T khoá R2=Rmax ; L2=Lmax + Đối với T3 :
NÕu Ub
0 UdkUt 2 R3=Rmin L3 = Lmin
i3 NÕu kh«ng T kho¸ R3 = Rmax ; L3 = Lmax
+ §èi víi T4 :
NÕu
¿ ¿Ua
¿
UdkUt 1 R4 = Rmin L4 = Lmin
i4
Nếu không T khoá R4 = Rmax ; L4 = Lmax + §èi víi T5 :
Nếu Uc
0 UdkUt3 R5 = Rmin L5 = Lmin
i5
NÕu kh«ng T khoá R5 = Rmax ; L5 = Lmax + Đối víi T6 :
NÕu
¿ ¿Ub
¿
vµ Udk≥Ut 2 th× R6 = Rmin L6 = Lmin i6
NÕu kh«ng T khoá R6=Rmax ; L6=Lmaxd
(108)Hình 7.24
e, Xây dựng mô hình điều khiển :
Để đơn giản mơ hình điều khiển đợc phân cấp làm mơ hình nhỏ Xây dựng tính giá trị Z Tiristor
(109)Hình 7.25
- Xây dựng mô hình T1 :
(110)- Mô hình điều khiển T2:
Hình 7.27
- Mô hình điều khiển T3:
Hình 7.28
(111)Hình 7.29
- Mô hình điều khiển T5:
H×nh 7.30
(112)H×nh 7.31
5, Một số thực nghiệm mơ hình : + Thay đổi góc mở Tiristor : Uđk Ud v id
Uđk Ud id + Thùc nghiƯm víi hiƯn tỵng trïng dÉn :
Tăng Lmin = 10-7 10 -3
Hình 7.32
+ Xây dựng mơ hình cầu chỉnh lu sở nguyên lý hoạt động :
(113)Gọi Ti = : Tiristor Ti mở Ti = : 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 tải :
ud=Rd id+Ld did
dt id=(ud− Rd.id)
Ld
1
S (7.27)
Vì phơng pháp khơng khảo sát đợc dòng qua van Nếu điều kiện để van bắt đầu mở tơng tự nh phơng pháp cũ, nhng điều kiện để van đóng phải giả thiết van mở van chung A K mở trớc đóng lại
VD : Điều kiện để đóng mở Tiristor - Nếu Ua
0 vµ Udk≥Ut 1
i1
th× R1 = Rmin ; L1 = Lmin ( R3= Rmax ; L3 = Lmax ) VËy Tiristor sÏ më
- Nếu không Tiristor khoá R1 = Rmax ; L1 = Lmax
Trên sở tốn lơgic phơng trình tính Ud theo ngun lý hoạt động xây dựng mơ hình mơ để khảo sát điện áp, dịng tải Mơ hình đơn giản nhiều so với mơ hình vi phân cách cũ nhiên khơng khảo sát hết đợc
Ch¬ng 8
Mơ biến đổi điện áp bộ biến tần cơng suất
(114)H×nh 8.1
a.Nguyên lý hoạt động :
U > có xung điều khiển tác động T1 mở đến dịng qua cịn dơng
U < có xung điều khiển tác động T2 mở đến dịng qua cịn dơng
Điện áp tải Ud lập lại dạng điện áp nguồn phần âm d-ơng nhng giá trị thay đổi phụ thuộc vào góc mở
H×nh 8.2
b Xây dựng mạch tơng ng
(115)Hình 8.3
Hệ phơng trình 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 : + Đối với T1 :
NÕu U
0 vµ Udk≥Ut th× R1 = Rmin ; L1 = Lmin
i1
Nếu không T khoá R1 = Rmax ; L1 = Lmax + §èi víi T2 :
NÕu
¿ ¿U
¿
UdkUt R2 = Rmin ; L2 = Lmin
i2 <
Nếu không T khoá R2=Rmax ; L2=Lmax d Xây dựng mô hình mô :
(116)+ Mơ hình điều khiển : Sử dụng thuật tốn điều khiển Z cho Tiristor + Mơ hình vi phân : Sử dụng hệ phơng trình mạch tơng đơng thơng số Z mơ hình điều khiển đa tới để tính thơng số đại lợng mạch gồm i1, i2, ud, id
Ta cã : ud=u T1+u T2
Trong lóc : T1 = nÕu T1 më , T2 = nÕu T2 më
T1 = T1 đóng , T2 = T2 đóng
ud=Rd id+Ld did dt
Các giá trị lơgic T1,T2 đợc tính theo thuật toán điều khiển nh sau : + Đối với T1 :
NÕu U
0 UdkUt T1 mở id
Nếu không T1 khoá + §èi víi T2 :
NÕu
¿
0
¿U ¿
UdkUt T2 mở id <
Nếu không T2 khoá
Hình 8.4 : Xây dựng mơ hình theo ngun lý hot ng
(117)Hình 8.6 : Xây dựng mô hình nguyên lý
ud=u (T1+T2)
id=(ud Rd.id)
Ld
S
H×nh 8.7
(118)H×nh 8.8
a Nguyên lý hoạt động:
Theo nguyên lý hoạt động, theo cách phát xung mở mà có khả xẩy + Trờng hợp đối xứng : pha có Tiristor mở tải đối xứng nên điện áp rơi UTa, UTb,UTc lặp lại điện áp Ua, Ub, Uc
+ Trờng hợp không đối xứng : Có hai pha có Tiristor mở, cịn pha cịn lại khơng có Tiristor mở
H×nh 8.9
(119)b Mô biến đổi điện áp pha theo phơng trình vi phân
Để mô biến đổi theo phơng pháp phải đa sơ đồ tơng đ-ơng Tiristor Z = R + L giá trị chúng thay đổi phụ thuộc vào điều khiển Lúc van đóng Z lớn, van mở Z nhỏ
c Mô biến đổi điện áp pha theo nguyên lý hoạt động :
Gọi Ti ( i = 1 ) biến lôgic Ti = : Nếu Tiristor thứ i mở Ti = : Nếu Tiristor thứ i đóng
Theo nguyên lý hoạt động biến đổi điện áp điện áp pha tải lặp lại điện áp nguồn Nếu lúc có Tiristor mở nửa điện áp dây 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 : T14 , T23 , T16 , T25 biến lôgic
+ T14 = T1=1 T4 =1 T5 = 0, T6 = Nếu không T14 = + T23 = T2=1 T3 =1 T5 = 0, T6 = Nếu không T23 = + T16 = T1=1 T6 =1 T3 = 0, T4 = Nếu không T16 = + T25 = T2=1 T5 =1 T3 = 0, T4 = Nếu không T25 = Các giá trị biến lôgic T1 đến T6 đợc xác định nh sau :
+ §èi víi T1 : NÕu Ua
0 vµ Udk≥Ut 1 th× Tiristor T1 më
ia
Nếu không T1 khoá R1 = Rmax ; L1 = Lmax + §èi víi T2 :
NÕu
¿ Ua
UdkUt 1 R2 = Rmin ; L2 = Lmin: Tiristor T2
më ia
(120)+ §èi víi T3 : Nếu Ub
0 UdkUt 2 R3=Rmin ; L3 = Lmin : Tiristor T3 më
ib
NÕu không T3 khoá R3 = Rmax ; L3 = Lmax + §èi víi T4 :
NÕu
¿ ¿Ub
¿
UdkUt 2 R4 = Rmin ; L4 = Lmin : Tiristor T4 më
ib
Nếu không T4 khoá R4 = Rmax ; L4 = Lmax + §èi víi T5 :
NÕu Uc
0 UdkUt3 R5 = Rmin , L5 = Lmin : Tiristor T5
më ic
Nếu không T5 khoá R5 = Rmax ; L5 = Lmax + §èi víi T6 :
NÕu
¿ ¿Uc
¿
vµ Udk≥Ut 3 th× R6 = Rmin , L6 = Lmin : Tiristor T6
më
ic
Nếu không T6 khoá R6=Rmax ; L6=Lmax
Xây dựng mô hình theo nguyên lý : Bao gồm hai mô hình
+ Mụ hình ngun lý : Sẽ sử dụng biến lơgic mơ hình điều khiển đa tới để tính điện áp dòng tải pha
(121)Hình 8.10
- Xây dựng mô hình điều khiĨn :
Để đơn giản hố q trình xây dựng mơ hình chia mơ hình điều khiển thành 12 mơ hình mơ hình đặc trng cho biến lơgic
H×nh 8.11
(122)Hình 8.12
- Xây dựng mô hình biến lôgic kép T14 :
Hình 8.13
Bài 8.3 : Mô biến đổi BBIGT điều chế độ rộng xung PWM
( Pulse Width Modulation )
(123)Nguyên lý : Bộ nghịch lu mét pha PWM dïng Tiristor
H×nh 8.14
Khi T1 mở (T2 đóng ) điện áp tải UAB Khi T2 mở UBA Điện áp tải có xung hình chữ nhật phần âm phần dơng Thời điểm mở xung độ rộng xung phụ thuộc vào cách điều khiển T1, T2
D1, D2 : Phóng điện cho T1, T2 ( chuyển mạch cho T1, T2 )
Hình 8.15
+ Bộ phát chuÈn h×nh Sin UR
+ Bộ phát điện áp mang ( Điện áp đồng ) có dạng tam giỏc cõn l Ut
Tại thời điểm mà hai điện áp lần lợt phát xung mở T1, T2
(124)Hình 8.16
1 Bé nghÞch lu pha PWM dïng Tiristor :
Hình 8.17
Để mở Tiristor pha mạch phát xung dùng chung Ut phải có UR hình sin lÖch 1200( UR1, UR2, UR3 )
Tại thời điểm cắt UR1 Ut mạch cung cấp xung điều khiển cho T1, T4
Tại thời điểm cắt UR2 Ut mạch cung cấp xung điều khiển cho T3, T6
Tại thời điểm cắt UR3 Ut mạch cung cÊp xung ®iỊu khiĨn cho T5, T2
Trong Tiristor có A T1, T3 , T5 mở UR > Ut Cịn Tiristor có K mở UR < Ut
Nh điện áp pha có xung HCN có phần âm phần dơng song giá trị trung bình chúng hình sin lệch 1200
Để thay đổi tần số điện áp ta cần thay đổi f máy phát điện áp Còn để thay đổi giá trị điện áp thay đổi điẹn áp dây
cách thay đổi góc mở Tiristor chu kỳ điện áp chuẩn pha Ua,
(125)C«ng thøc tÝnh Uta :
uta=0 (T135+T246)+1
3 ud(T132+T156)+
2
3 ud T162−
1
3.ud(T524+T324)−
2
3 ud T351 (8.8)
Tơng tự utb,utc
+ Đối với Tiristor T1 : uaut T1 = không T1 =
+ §èi víi Tiristor T4 :
¿
ut ¿ua
¿
th× T4 = không T4 =
+ Đối với Tiristor T3 : ubut T3 = không T3 = + §èi víi Tiristor T6 : ub≤ut T6 = không T6 = + §èi víi Tiristor T5 : uc≥ ut th× T5 = không T5 = + Đối với Tiristor T2 : uc ut T2 = không T2 =