MÔ phỏng động cơ xoay chiều 3 pha đồng bộ trên matlab

Đồ Án Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ Lời nói đầu Ngày nay việc thực hiện tự động hóa trong công nghiệp và trong dân dụng là một nhu cầu thiết yếu để phát triển sản xuất cũng như nâng cao chất lượng sản phẩm, đối với 1 hệ truyền động điện yêu cầu phải điều khiển và quan sát được . Việc thực hiện điều khiển, quan sát các chuyển động của các đặc tính bên trong và bên ngoài(như dòng điện, tốc độ, momen,…) không chỉ thực hiện bằng cách đo các thông số rồi về tính và lập đặc tính, mà dưới sự hỗ trợ của máy tính ta có thể mô phỏng cả hệ thống, công cụ hỗ trợ đắc lực nhất là phần mềm Matlab. Theo yêu cầu thiết kế môn học: Tổng Hợp Hệ Điện Cơ, em thực hiện đề tài mô hình mô phỏng máy điện đồng bộ kích thích độc lập. Sau đây là phần nội dung: Chương 1: Mô tả chung về máy điện đồng bộ Chương 2: Mô hình hóa máy điện. Do trình độ của em còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện còn nhiều sai sót mong được thầy cô và các bạn góp ý. Hải Phòng, ngày 06 tháng 05 năm 2011 Sinh viên Nguyễn Văn Tình Nguyễn Văn Tình - ĐTĐ 49 - ĐH1 1 Đồ Án Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ Chương 1: Mô tả chung về máy điện đồng bộ kích thích độc lập 1.1 Máy điện đồng bộ 1.1.1 Định nghĩa Máy điện đồng bộ là loại máy điện mà tốc dộ quay của roto bằng tốc độ quay của từ trường quay trong máy Ngày nay nguồn năng lượng điện được sử dụng trên thế giới chủ yếu là năng lượng điện xoay chiều thì máy phát điện đồng bộ là nguồn chính để phát ra năng lượng đó Máy đồng bộ cũng có tính chất thuận nghịch. Tức là có thể làm việc như một máy phát hoặc như một động cơ. Ngoài ra nó còn có thể dùng làm nguồn công suất kháng gọi là máy bù đồng bộ Máy điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Phạm vi ứng dụng chính là biến đổi cơ năng thành điện năng , nghĩa là làm máy phát điện. Điện năng 3 pha chủ yếu dùng trong nền kinh tế quốc dân và trong đời sống hằng ngày được sản suất từ các máy phát điện quay bằng tuabin hơi, tuabin khí hoặc tubin nước. Máy điện đồng bộ còn được dùng làm động cơ, đặc biệt trong các thiết bị công suất lớn, thiết bị lớn. Máy điện đồng bộ có khả năng phát ra công suất phản kháng, thông thường máy đồng bộ được tính toán sao cho chúng có thể phát ra công suất phản kháng gần bằng công suất tác dụng. trong một số trường hợp người ta dùng máy điện đồng bộ đặt gần các khu công nghiệp lớn để chỉ phát ra công suất phản kháng đủ bù hệ số cosϕ cho lưới điện là hợp lý. Những máy đó là máy bù đồng bộ. Các động cơ đồng bộ công suất nhỏ (đặc biệt là các động cơ đồng bộ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu) cũng được sử dụng rộng rãi trong các trang bị tự động và điều khiển. Nguyễn Văn Tình - ĐTĐ 49 - ĐH1 2 Đồ Án Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ 1.1.2 Phân loại - Theo chức năng người ta phân thành: Máy phát, động cơ, máy bù đồng bộ - Theo số pha: Máy đồng bộ một pha, máy đồng bộ 3 pha - Theo công suất: Máy đồng bộ công suất nhỏ, máy đồng bộ công suất trung bình, máy đồng bộ công suất lớn - Theo cấu tạo: Máy đồng bộ cực lồi, máy đồng bộ cức ẩn 1.1.3 Cấu tạo Cấu tạo của máy điện đồng bộ gồm có 2 phần: Phần quay (roto) và phần tĩnh (stato) Nguyễn Văn Tình - ĐTĐ 49 - ĐH1 3 Đồ Án Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ - Stato gồm có: vỏ, lõi và dây quấn + Vỏ: làm bằng thép đúc, dung bảo vệ mạch từ và các phần khác trong máy. Trên vỏ có gắn biển đề ghi các thông số của máy điện + Lõi stato: dung để dẫn từ, được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện với nhau theo hình trụ rỗng, mặt trong được đặt các rãnh để đặt cuộn dây stato + Dây quấn: được quấn thành tứng các mô bin, các cạnh của các mô bin đó được đặt vào các rãnh của lõi thép stato. Các mô bin được cách điện với nhau vad cách điện với vỏ - Roto gồm có: Nếu phần quay là phần cảm thì nó gồm: lõi và dây quấn Roto có 2 loại: cực lồi và cực ẩn + Loại cực lồi: Dây quấn được quấn xung quanh cực từ. Ở máy điện lớn thì trên cực còn được sẽ rãnh để đặt cuộn khởi động. Loại máy này tốc độ quay thấp + Loại cực ẩn: Người ta sẽ rãnh ở 2/3 chu vi roto. Roto của loại này thường làm bằng thép chất lượng cao để đảm bảo lực li tâm khi tốc độ lớn Nguyễn Văn Tình - ĐTĐ 49 - ĐH1 4 Đồ Án Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ 1.1.4 Nguyên lý hoat động Trong máy điện đồng bộ, thường cực từ đặt ở rôto, còn dây quấn phần ứng được đặt trên phần tĩnh (stato) gồm ba cuộn dây đặt lệch nhau trong không gian 1200 góc độ điện, đấu thành hình sao (Y) hay tam giác (Δ) Cũng giống như các máy điện quay khác, máy điện đồng bộ cũng có tính chất thuận nghịch: có thể làm việc ở chế độ máy phát hợc chế độ động cơ điện Khi động cơ sơ cấp quay rôto máy phát với tốc độ định mức, đồng thời cho dòng điện một chiều vào dây quấn rôto (dây quấn kích thích), rôto trở thành nam châm điện, từ trường của rôto quét qua các thanh dẫn của dây quấn stato và cảm ứng nên trong chúng các s.đ.đ. xoay chiều. Tần số của s.đ.đ. cảm ứng là: f = n.p/60 Trong đó: n: là tốc độ quay của rôto P: là số đôi cực của máy Giá trị hiệu dụng của s.đ.đ. cảm ứng trong mỗi pha của dây quấn stato là: E = 4,44fW.k.Φ Trong đó: Φ: từ thông trong khe hở dưới một cực từ; W: số vòng dây của mỗi pha dây quấn phần ứng k: hệ số dây quấn Khi dây quấn phần ứng của máy được nối với tải bên ngoài, dòng điện ba pha đối xứng lệch nhau về thời gian 1200 điện chạy trong dây quấn ba pha đặt lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện sẽ sinh ra từ trường quay Nguyễn Văn Tình - ĐTĐ 49 - ĐH1 5 Đồ Án Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ 1.2 Động cơ điện đồng bộ Các động cơ điện xoay chiều dùng nhiều trong sản xuất thường là những động cơ điện không đồng bộ, vì loại động cơ này có đặc điểm cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn, bảo quản dễ dàng và giá thành hạ. Tuy nhiên các động cơ điện đồng bộ trong thời gian gần đây cũng được sử dụng nhiều và cũng có thể so sánh với động cơ không đồng bộ trong lĩnh vực truyền động điện. Ưu điểm: Động cơ điện đồng bộ có khả năng làm việc ở chế độ cosϕ = 1, và không cần lây công suất phản kháng từ lưới điện, nên hệ số công suất của lưới điện được nâng cao, làm giảm điện áp rơi và tổn hao công suất trên đường dây. Động cơ điện đồng bộ ít chịu ảnh hưởng của điện áp lưới do moomen tỷ lệ với điện áp U, còn động cơ di bộ có momen tỷ lệ với bình phương điện áp U. Nhược điểm: Cấu tạo của động cơ đồng bộ phức tạp, đòi hỏi phải có nguồn kích từ, việc khởi động phức tạp, việc thay đổi tốc độ chỉ có thể thực hiện được nhờ thay đổi tần số của nguồn điện. 1.2.1 Nguyên lý làm việc của động cơ điện đồng bộ 3 pha Cho dòng điện ba pha ia, ib, ic vào dây quấn ba pha của stato, dòng điện ba pha sẽ sinh ra từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1/p. Ta hình dung từ trường quay stato như một nam châm có hai cực đang quay với tốc độ n. Đồng thời cho dòng điện một chiều vào dây quấn rôto, rôto trở thành một nam châm điện.Tác dụng tương hỗ giữa từ trường stato và từ trường rôto tạo ra lực tác dụng lên rôto. Vì từ trường quay stato quay với tốc độ n1 nên lực tác dụng ấy kéo rôto quay với tốc độ n = n1. Chú ý: Động cơ điện một chiều và động cơ KĐB đều làm việc theo nguyên lý lực điện từ tác dụng, còn ở động cơ đồng bộ thì làm việc theo nguyên lý lực tác dụng giữa hai từ trường. Nguyễn Văn Tình - ĐTĐ 49 - ĐH1 6 Đồ Án Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ 1.2.2 Các phương pháp khơi động động cơ đồng bộ - Khởi động nhờ máy lai: Đây là phương pháp sử dụng một máy lai quay động cơ đồng bộ đến tốc độ n = n1 rồi dùng phương pháp hòa đồng bộ, đưa động cơ vào lưới Nhược điểm: Phải dùng một máy lai từ bên ngoài và không được khởi động khi có tải. Vì vậy nó ít được sử dụng - Khởi động bằng cách thay đổi tần số f: Người ta dùng một máy phát đồng bộ riêng để cấp điện cho động cơ đồng bộ. Muốn khởi động ta tiến hành: tăng dần tốc độ động cơ lai máy phát. Khi tần số f tăng thì tốc độ động cơ cũng tăng theo. Khi tốc độ động cơ đồng bộ dật đến tốc độ đồng bộ ta đóng động cơ vào lưới và ngắt máy phát ra - Khởi động động cơ bằng phương pháp dị bộ: Đây là phương pháp thông dụng nhất, cũng như động cơ dị bộ để có Mkđ thì khi chế tạo động cơ đồng bộ người ta phải đặt thêm trên mặt cực roto một cuộn dây ngắn mạch có dạng như cuộn dây lồng sóc ở máy dị bộ. Các thanh dẫn bằng đồng thau để có điện trở tác dụng lớn Khi đã có cấu tạo như trên thì khi đưa điện 3 pha vào cuộn stato (chưa đưa dòng kích từ vào roto) thì động cơ được khởi động. Khi tốc độ đạt n = n1 (tốc độ đồng bộ) khi đó ta đưa dòng kích từ vào cuộn kích từ. Với sự tăng của dòng kích từ làm xuất hiện mômen đồng bộ đưa roto vào tốc dộ động cơ. Nguyễn Văn Tình - ĐTĐ 49 - ĐH1 7 . năng 3 pha chủ yếu dùng trong nền kinh tế quốc dân và trong đời sống hằng ngày được sản suất từ các máy phát điện quay bằng tuabin hơi, tuabin khí hoặc tubin. làm việc của động cơ điện đồng bộ 3 pha Cho dòng điện ba pha ia, ib, ic vào dây quấn ba pha của stato, dòng điện ba pha sẽ sinh ra từ trường quay với tốc