Sơ đồ mạch phân tích phổ tần trình bày ở Hình 2.4.Mỗi tải được cấp mức điện áp 230VDC như mô tả mục 2.2.2. Sự phân tích được thực hiện từ các kết quả mô phỏng và phép đo trong dãy để so sánh.
3.2.1 Các thiết bị gia nhiệt
Các kết quả từphép đo và mô phỏng được liệt kê trong Bảng 3.14.
T i
Số liệu đo Số liệu mô phỏng
Đ i lượng THD Đ i lượng THD
U (V) U (%) U (V) U (%)
Máy pha cà phê (Panasonic) 222.88 0.55 222.88 0.55
Máy pha cà phê (Philips) 223.01 0.56 223.01 0.57
Máy uốn tóc (Panasonic) 228.25 0.67 228.25 0.67
Bình đun siêu tốc (Comet) 218.59 0.49 218.59 0.48
Bình đun siêu tốc (Panasonic) 217.90 0.48 217.90 0.48
Máy làm bánh sandwich 222.67 0.58 222.67 0.57
Bếp điện (Siemens) 224.32 0.53 224.32 0.53
Bảng 3.14: Kết quả phân tích phổ tần số từphép đo và mô phỏng các thiết bị gia nhiệt. Từ kết quả được lập bảng trong Bảng 3.14 nhận thấy các thiết bị gia nhiệt chỉ
gây biến dạng nhỏ trên dạng sóng điện áp ngang qua tải. Hệ số biến dạng dao động khoảng 0.48 0.67%.
3.2.2 Thiết bị chiếu sáng
Từ kết quả được lập bảng trong Bảng 3.15 nhận thấy các thiết bị chiếu sáng
cũng chỉ gây biến dạng nhỏ trên dạng sóng điện áp ngang qua tải. Hệ số biến dạng dao
Võ Thị Hồng Dúng 29
Đèn nung sáng Đ i lượng Số liệu đo THD Đ i lượSống liệu mô phỏng THD
U (V) U (%) U (V) U (%) 25 W 224.37 0.68 224.37 0.68 40 W 227.70 0.68 227.70 0.68 60 W 226.84 0.68 226.84 0.69 75 W 228.08 0.69 228.08 0.69 100 W 227.69 0.70 227.69 0.69 Đèn halogen-tungsten 150 W 226.89 0.70 226.89 0.70
Bảng 3.15: Kết quả phân tích phổ tần từ kết quảđo và mô phỏng của các đèn.
3.3 Phơn tích quá đ
Sơ đồ mô phỏng phân tích quá độ trình bày ở Hình 2.6. Phân tích quá độđược thực hiện đểđánh giá tải sẽ phản ứng thếnào để hạn chếđiện áp đột ngột thay đổi. Mỗi tải được cấp điện với 4 mức điện áp khác nhau và quy trình được mô tả trong Mục 2.1.4.
Võ Thị Hồng Dúng 30
3.3.1 Các thiết bị gia nhiệt
Đo các thiết bị gia nhiệt, các điện trở được giả thiết hằng số. Vì vậy, điện áp giảm nên dòng điện giảm theo cùng một lượng, theo định luật Ohm. Điều này được kiểm tra khi mô phỏng trong Matlab. Hình 3.14 trình bày dạng điện áp và dòng điện
quá độ của máy pha cà phê (Panasonic). Từ Hình 3.14, nhận thấy khi thay đổi điện áp với mức khác nhau (khi đo thử và khi mô phỏng) máy pha cà phê Panasonic hoạt động
như tải thuần trở, dòng điện võng giống như điện áp.
a. Điện áp –bước 1 b. Dòng điện –bước 1
c. Điện áp –bước 2 d. Dòng điện –bước 2
e. Điện áp –bước 3 f. Dòng điện –bước 3
g. Điện áp –bước 4 h. Dòng điện –bước 4
Võ Thị Hồng Dúng 31 a. Điện áp –bước 1 b. Dòng điện –bước 1
c. Điện áp –bước 2 d. Dòng điện –bước 2
e. Điện áp –bước 3 f. Dòng điện –bước 3
g. Điện áp –bước 4 h. Dòng điện –bước 4
Hình 3.15: Trạng thái quá độ của máy pha cà phê (Philips).
a. Điện áp –bước 1 b. Dòng điện –bước 1
Võ Thị Hồng Dúng 32 e. Điện áp –bước 3 f. Dòng điện –bước
g. Điện áp – bước 4 h. Dòng điện –bước 4
Hình 3.16: Trạng thái quá độ của máy uốn tóc.
a. Điện áp –bước 1 b. Dòng điện –bước 1
c. Điện áp –bước 2 d. Dòng điện –bước 2
e. Điện áp –bước 3 f. Dòng điện –bước 3
g. Điện áp –bước 4 h. Dòng điện –bước 4
Võ Thị Hồng Dúng 33 a. Điện áp –bước 1 b. Dòng điện –bước 1
c. Điện áp –bước 2 d. Dòng điện –bước 2
e. Điện áp –bước 3 f. Dòng điện –bước 3
g. Điện áp –bước 4 h. Dòng điện –bước 4
Hình 3.18: Trạng thái quá độ của bình đun siêu tốc (Panasonic).
Võ Thị Hồng Dúng 34 c. Điện áp –bước 2 d. Dòng điện –bước 2
e. Điện áp –bước 3 f. Dòng điện –bước 3
g. Điện áp –bước 4 h. Dòng điện –bước 4
Hình 3.19: Trạng thái quá độ của máy làm bánh Sandwich.
a. Điện áp –bước 1 b. Dòng điện –bước 1
Võ Thị Hồng Dúng 35 e. Điện áp –bước 3 f. Dòng điện –bước 3
g. Điện áp –bước 4 h. Dòng điện –bước 4
Hình 3.20: Trạng thái quá độ của bếp điện.
3.3.2 Các thiết bị chiếu sáng
Hình 3.21 đến 3.27 trình bày điện áp và dòng điện quá độ ứng với 6 đèn khác
nhau.
Đèn nung sáng 25W
a. Điện áp –bước 1 b. Dòng điện –bước 1
c. Điện áp –bước 2 d. Dòng điện –bước 2
Võ Thị Hồng Dúng 36
g. Điện áp –bước 4 h. Dòng điện –bước 4
Hình 3.21: Trạng thái quá độ của đèn nung sáng - 25W.
Đèn nung sáng 40W
a. Điện áp –bước 1 b. Dòng điện –bước 1
c. Điện áp –bước 2 d. Dòng điện –bước 2
Võ Thị Hồng Dúng 37
g. Điện áp –bước 4 h. Dòng điện –bước 4
Hình 3.22: Hiện tượng quá độ của đèn nung sáng - 40W.
Đèn nung sáng 60W
a. Điện áp –bước 1 b. Dòng điện –bước 1
c. Điện áp –bước 2 d. Dòng điện –bước 2
Võ Thị Hồng Dúng 38
g. Điện áp –bước 4 h. Dòng điện –bước 4
Hình 3.23: Hiện tượng quá độ của đèn nung sáng - 60W.
Đèn nung sáng 75W
a. Điện áp –bước 1 b. Dòng điện –bước 1
c. Điện áp –bước 2 d. Dòng điện –bước 2
Võ Thị Hồng Dúng 39
g. Điện áp –bước 4 h. Dòng điện –bước 4
Hình 3.24: Hiện tượng quá độđèn nung sáng - 75W.
Đèn nung sáng 100W
a. Điện áp –bước 1 b. Dòng điện –bước 1
c. Điện áp –bước 2 d. Dòng điện –bước 2
Võ Thị Hồng Dúng 40
g. Điện áp –bước 4 h. Dòng điện –bước 4
Hình 3.25: Hiện tượng quá độđèn nung sáng - 100W.
Đèn halogen tungsten 150W
a. Điện áp –bước 1 b. Dòng điện –bước 1
c. Điện áp –bước 2 d. Dòng điện –bước 2
Võ Thị Hồng Dúng 41
g. Điện áp –bước 4 h. Dòng điện –bước 4
Võ Thị Hồng Dúng 42
3.4 Kết lu n
Các tải thuần trở vận hành đúng với định luật Ohm, và các tải trở phụ thuộc cao vào nhiệt độ thì cần mô phỏng như điện trở có giá trịthay đổi, theo biểu thức (3.1). Mô hình các tải trởđược trình bày trong Bảng 3.16.
Các thiết bị gia nhiệt
Pđm (W) R (Ω) Sai số (%)
Máy pha cà phê (Panasonic) 1000 52.90 ± 1.38 Máy pha cà phê (Comet) 850 62.24 ± 2.38
Máy uốn tóc 11 4809.1 ± 1.67
Bình đun siêu tốc 2000 26.45 ± 10.47
Bình đun siêu tốc (Panasonic) 2025 26.12 ± 2.95
Máy nướng bánh Sandwich 800 66.13 ± 6.02 Bếp điện (Siemens) Không rõ 44.08 ± 4.65
Thiết bị chiếu sáng Đèn nung sáng Pđm (W) R (Ω) Sai số (%) 25 13540I + 852.2 ± 1.55 40 5791I + 521.7 ± 0.94 60 2485I + 329.8 ± 0.95 75 1483I + 249.4 ± 0.97 100 822.4I + 227.8 ± 1.03
Đèn halogen tungsten 150 335.1I + 192.4 ± 1.34
Bảng 3.16: Các thông số mô hình các tải thuần trở.
Các mô hình được xây dựng có độ chính xác cao (sai số nằm trong phạm vi từ
0.94 10.47%), kết quả phân tích phổ tần cũng cho thấy không có sự khác biệt nhiều giữa mô hình và nguyên mẫu.
Võ Thị Hồng Dúng 43
CH NG 4
MÔ HÌNH Đ NG C QUAY
Động cơ quay là những động cơ thực hiện công việc của chúng bằng chuyển
động quay. Đối với sinh hoạt dân dụng, nhiều loại máy được sử dụng, như: động cơ
cảm ứng và động cơđặc biệt. Động cơ cảm ứng có hai loại:
Thứ nhất là các động cơ cảm ứng sử dụng trong điều chỉnh tốc độ (máy rửa chén và tủ lạnh). Chúng thư ng sử dụng biến tần và làm việc tốt với điện DC nhưng đắt tiền.
Thứ hai là các dạng của động cơ cảm ứng một pha thông dụng, chúng được sử dụng rộng rãi trong các tủ lạnh ngày nay. Khi động cơ bắt đầu hoạt động tụ điện được kết nối giữa cuộn đề và cuộn chạy để tạo ra sự lệch pha giữa chúng và làm cho rotor quay. Hơn sau khoảng 30 giây, tụ điện bị ngắt kết nối bởi r le (Hình 4.1). Động cơ có thể hoạt động với một tụ đề và một tụ chạy (CSCR) hoặc không có tụ chạy (CSIR).
Mục đích chính của tụ chạy là để cải thiện hệ số công suất của động cơ và chủ yếu được sử dụng trong động cơ với nguồn công suất lớn. Các động cơ yêu cầu hoạt động ở
dòng AC.
Hình 4.1: Tương đương mạch cho động cơ, (a) CSIR động cơ; (b) CSCR động cơ.
Cuộn chạy Cuộn chạy Tụđề Tụđề Tụ chạy Cuộn đề Cuộn đề
Võ Thị Hồng Dúng 44 Động cơ vạn năngđược sử dụng rộng rãi trong các thiết bị dân dụng ngày nay là chủ yếu bởi vì dãy nó có tốc độ rộng. Những động cơ này có thể được sử dụng với
dòng điện xoay chiều hoặc dòng điện một chiều, đó là dạng động cơ vạn năng. Mạch
tương đương của động cơ vạn năng trình bày ở Hình 4.2.
Hình 4.2: Sơ đồ mạch của động cơ vạn năng.
Phương trình trạng thái của động cơ vạn năng: dt dI L + I R + e = Va a eq a eq a (4.1)
Trong đó: Req = Ra + Rf là điện trở tương đương của phần ứng và của cuộn dây cảm ứng; Leq = La + Lf là tự cảm tương đương; ea là điện cảm tương đương, có thể được bỏ qua nếu điện áp chỉ thay đổi trong phạm vi nhỏ và dòng điện được coi là
không đổi; Tốc độ quay ωm tỷ lệ thuận với sức điện động ea; Mô-men xoắn Te tỷ lệ thuận với dòng điện Ia.
ea = kE. ωm (4.2)
Te = kT.Ia (4.3)
Thư ng kE =kTvà được coi như là hằng số.
kE = kT = na.l.r/(2a).φf, trong đó na là số lượng dây dẫn của phần ứng, l là chiều dài của mỗi dây dẫn, r là bán kính, a là diện tích dây dẫn và φf là từ thông đồng nhất trong stator. Khi động cơ hoạt động biểu thức (4.2) và (4.3) có thể được viết lại như sau:
Võ Thị Hồng Dúng 45
Te = kT.Ia.φf (4.5)
Từ thông φfliên quan trực tiếp đến dòng điện cảm ứng và như vậy dòng điện
được coi như là dòng điện phần ứng và từ trư ng được giả thiết là tuyến tính. Biểu thức (4.4) và (4.5) có thểđược viết lại như sau:
m a m a =k I ω e (4.6) 2 a m e =k I T (4.7)
Từ biểu thức (4.7) nhận thấy động cơ hoạt động với dòng điện xoay chiều, vì
vậynó tạo ra một mô-men đơn cực, nhưng nó sẽ dao động với tần số gấp hai lần tần số dòng điện.
Biểu thức cuối cùng cho động cơ liên quan sự thay đổi tốc độ tương ứng với sự
thay đổi mô-men: ) T T ( J 1 = dt ω d L e eq m (4.8)
Với: J là quán tính tươngđương của động cơ và tải và T là mô-men tải. Từ biểu thức (4.1) đến (4.6) là cần rất nhiều thông số cho mô hình động của động cơ vạn năng.
Trước khi tải được thử nghiệm với điện DC, cần phải xem dạng dòng điện khi động cơ được cấp nguồn AC. Dạng dòng điện và điện áp của động cơ cảm ứng và động cơ vạn
Võ Thị Hồng Dúng 46
Hình 4.3: Dạng điện áp và dòng điện của tủ lạnh (động cơ KĐB) và máy hút bụi (động
cơ vạn năng).
Bảng 4.1 trình bày các loại động cơ cảm ứng và động cơ vạn năng thư ng được sử dụng trong dân dụng. Kết quả đo thử về điện áp và THD của điện áp đối với động
cơ cảm ứng và và động cơ vạn năng được trình bày ở Bảng 4.2. Các động cơ KĐB Các động cơ vạn năng
Quạt Máy cắt tóc Tủ lạnh
Máy xay sinh tố Máy đánh trứng Máy sấy tóc Máy hút bụi
Bảng 4.1: Các động cơ thư ng sử dụng trong dân dụng.
Động cơ KĐB Động cơ vạn năng
Điện áp Biên độ (V) 217.5 THD (%) 1.33 Biên độ (V) 216.9 THD (%) 1.37
Bảng 4.2: Đặc tính của tủ lạnh (động cơ KĐB) và máy hút bụi (động cơ vạn năng).
4.1 Đặc tính t i
Để mô tảđặc điểm tải, điện áp đã được thay đổi từ 110V đến 350V với mỗi lần là 10V. Lý do tại sao tải không được cung cấp ởđiện áp cao hơn vì tốc độ của rotor tỷ
lệ thuận với điện áp như thể hiện bởi biểu thức (4.2), và tốc độ quá cao sẽ phá hỏng
Th i gian (s) Th i gian (s) Th i gian (s) Th i gian (s) Đi ệ n áp (V) Đi ệ n áp (V) Dòng đi ệ n (A) Dòng đi ệ n (A)
Võ Thị Hồng Dúng 47
hầu hết các động cơ. Đối với mỗi bước điện áp và dòng điện được ghi nhận với các thiết bị và trình tựđược mô tả trong Chương 2.
Khi thể hiện quan hệ giữa điện áp và dòng điện nhận thấy rằng dạng quan hệ
này phù hợp với biểu thức (2.5). Khi thể hiện quan hệ công suất và điện áp nhận thấy rằng quan hệ này phù hợp với biểu thức (2.6). Khi so sánh hai phương trình này, có các nhận xét như sau:
Nếu quan hệdòng điện và điện áp là quan hệ bậc hai thì Yp2 0, Yp1 0 và Yp0 0;
khi đó quan hệ giữa công suất và điện áp là quan hệ bậc ba. Và điều này cho thấy tải không thểđặc trưng bởi biểu thức (2.6).
Nếu quan hệ giữa công suất và điện áp là quan hệ bậc hai thì Yp2 = 0, Yp1 = Ap2, Yp0 = Ap1 và Ap0 = 0. Khi đó quan hệ giữa điện áp và dòng điện sẽ là quan hệ tuyến tính.
Khi các đặc tính tải được xây dựng với hai giảđịnh nêu trên thì sai số trung bình tuyệt đối được xác định theo biểu thức (2.8).
4.1.1 Các đ ng c v n năng
Máy xay sinh tố (Melissa)
Công suất định mức của máy xay sinh tố được ghi nhận từ nhãn 300W và điện
áp danh định 230V. Đư ng đặc tính của máy xay sinh tốđược thể hiện trong Hình 4.4. Hình 4.4 (a) trình bày quan hệ giữa dòng điện và điện áp. Phương pháp khoảng cách
bình phương tối thiểu được sử dụng để xác định mô hình phi tuyến và mô hình tuyến tính của tải, được mô tả bởi biểu thức (2.5).
Hình 4.4 (b) trình bày quan hệ giữa công suất và điện áp. Nếu mô hình phi tuyến từ biểu thức (2.5) được sử dụng thì quan hệ giữa công suất và điện áp là quan hệ
bậc ba, không tìm được đư ng quan hệ phù hợp. Mô hình tuyến tính trình bày ở Hình 4.4 (a) thì phù hợp với biểu thức (2.6).
Võ Thị Hồng Dúng 48
Hình 4.4: Đư ng đặc tính của máy xay sinh tố (Melissa).
Kết quảxác định các hệ số của mô hình quan hệ giữa dòng điện và điện áp; giữa công suất và điện áp trình bày ở Bảng 4.3.
Yp2 Yp1 Yp0 εY A p2 A p1 A p0 εP Mô hình bậc hai Mô hình tuyến tính 7.52.10-7 0 8.61.10-4 1.12.10-3 0.388